Ersatz erkrankter Mikroglia rettet Neuronen im Sandhoff-Krankheit-Mausmodell

Die Sandhoff-Krankheit ist eine seltene, aber tödliche neurodegenerative lysosomale Speicherkrankheit (LSD) ohne zugelassene Heilung. Sie entsteht durch Mutationen im *Hexb*-Gen, das die β-Untereinheit des β-Hexosaminidase-Enzyms kodiert, das für den Abbau von GM2-Gangliosiden und verwandten Glykolipiden verantwortlich ist. Ohne dieses Enzym reichern sich toxische Substrate an, die progressive Neuroinflammation und massiven neuronalen Zelltod auslösen, was beim Menschen zum Tod vor dem vierten Lebensjahr und in Mausmodellen zwischen der 18. und 20. Woche führt. Ein lang bestehendes Rätsel war, warum die Störung eines Gens, das fast ausschließlich in Mikroglia — den Immunzellen des Gehirns — exprimiert wird, hauptsächlich zum neuronalen Tod führt.

Um dieses Paradox zu untersuchen, führten die Forscher zunächst hochauflösende räumliche Transkriptomik (Nanostring CosMx, 1000-Gen-Panel, ~196.500 Zellen aus 6 Gehirnen) an Wildtyp- und *Hexb*-Knockout-(*Hexb*-/-) Mausgehirnen im Alter von 16 Wochen durch. Sie bestätigten, dass die *Hexb*-Expression im ZNS myeloidspezifisch ist, und stellten fest, dass die transkriptionell am stärksten gestörten Zellen bei der Sandhoff-Krankheit myeloide Cluster und mehrere neuronale Subtypen waren, mit einer ausgeprägten Hochregulierung apoptosebezogener Gene in Neuronen. Exzitatorische Neuronen wiesen die höchsten kumulativen Scores für differenziell exprimierte Gene auf, was bestätigt, dass der Verlust eines mikroglialem Enzyms tiefgreifende molekulare Konsequenzen für Neuronen hat.

Um diesen Zusammenhang mechanistisch zu erklären, führte das Team Konditionierungsmedium- und Ko-Kulturexperimente durch. Sie zeigten, dass Mikroglia enzymatisch aktives Hexβ-Protein aktiv in den extrazellulären Raum sezernieren und dass Neuronen dieses sezernierte Enzym aufnehmen und direkt zu ihrem lysosomalen Kompartiment leiten. Die Blockierung des Mannose-6-Phosphat-Rezeptors (M6PR) — eines kanonischen Wegs für die Aufnahme lysosomaler Enzyme — reduzierte die neuronale Hexβ-Internalisierung signifikant, was auf M6PR-vermittelte Endozytose als primären Aufnahmemechanismus hindeutet.

Aufbauend auf dieser mechanistischen Erkenntnis testeten die Autoren, ob die Wiederherstellung der Hexβ-Versorgung des Gehirns durch den Ersatz erkrankter Mikroglia die Krankheit rückgängig machen könnte. Sie kombinierten Busulfan-basierte Knochenmarktransplantation (BMT) mit pharmakologischer CSF1R-Inhibition (PLX5622) — eine Strategie, die zuvor eine 70–99%ige gehirnweite Ersetzung von Mikroglia durch donorbezogene myeloide Zellen aus dem Knochenmark erzielte. Mit BMT + CSF1Ri behandelte *Hexb*-/- Mäuse zeigten dramatische Verbesserungen: Wiederherstellung der *Hexb*-Genexpression und Enzymaktivität, Beseitigung der Akkumulation von GM2-Gangliosid- und Glykoprotein-Substraten (bestätigt durch Massenspektrometrie), Umkehr apoptotischer Gensignaturen in Neuronen, Normalisierung der lysosomalen Größe und Vakuolisierung in Neuronen sowie signifikante Verbesserungen der motorischen und verhaltensbezogenen Leistung im Vergleich zu unbehandelten *Hexb*-/- Kontrolltieren. Wichtig ist, dass BMT allein (ohne CSF1Ri) nicht ausreichte, um diese ZNS-Vorteile zu replizieren, was die Notwendigkeit eines robusten Mikroglia-Ersatzes anstelle eines partiellen Engraftments unterstreicht.

Diese Ergebnisse lösen eine grundlegende biologische Frage — wie der Mangel an einem myeloiden Enzym neuronale Erkrankungen verursacht — und positionieren den Mikroglia-Ersatz mittels BMT + CSF1Ri als vielversprechende Therapiestrategie für die Sandhoff-Krankheit und möglicherweise andere ZNS-LSDs. Die Studie wirft zudem weiterreichende Implikationen für das Verständnis des Enzymatransfers von Mikroglia zu Neuronen als physiologischen Mechanismus der lysosomalen Homöostase im gesunden Gehirn auf.