Jedes vierte Neuron im Fötus hat schwer veränderte DNA, nach der Geburt sind die meisten weg

Bevor ein Baby geboren wird, trägt etwa jede vierte Nervenzelle in der sich entwickelnden Großhirnrinde ein schwer durcheinandergeratenes Genom – große Abschnitte mehrerer Chromosomen sind verdoppelt oder fehlen. Bis zum Säuglingsalter sind die meisten dieser Zellen verschwunden.

Das ist das zentrale Ergebnis eines Teams am Boston Children’s Hospital und der Harvard Medical School, das die DNA einzelner Nervenzellen – Zelle für Zelle – von Föten, Kindern und Erwachsenen gelesen hat. Es deutet auf eine genetische Qualitätskontrolle hin, die das Gehirn um die Geburt herum an seinen eigenen Zellen durchführt, und wirft die Frage auf, ob ein Versagen dieser Kontrolle zu Autismus, Epilepsie und anderen neurologischen Entwicklungsstörungen beiträgt.

Die Zahlen überraschten die Forscher selbst. In Gehirnproben vor der Geburt wiesen durchschnittlich 25,9 % der kortikalen Neuronen – in einem Fötus sogar bis zu 46 % – sogenannte weit verbreitete Kopienzahlvarianten auf: Gewinne oder Verluste von DNA-Abschnitten, die sich über mehr als ein Chromosom erstrecken. In Gehirnproben nach der Geburt sank der Anteil auf etwa 6,2 % – ein Rückgang um mehr als das Vierfache.

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„Wir waren völlig unvorbereitet darauf, wie häufig diese Varianten in der frühen Entwicklung sind“, sagte Christopher Walsh, Neurologe und Genetiker am Boston Children’s Hospital und Co-Seniorautor der Studie. Das Ergebnis war so überraschend, dass das Team Jahre damit verbrachte, zu testen, ob es echt ist, bevor es die Arbeit veröffentlichte.

Eine Kopienzahlvariante ist genau das, was der Name sagt. Die meisten Gene liegen in zwei Kopien vor, eine von jedem Elternteil. Eine Zelle mit einer Variante hat eine oder drei Kopien eines DNA-Abschnitts statt zwei, was die Menge an Protein verändert, die diese Gene produzieren. Neuronen reagieren besonders empfindlich auf eine solche Dosisänderung, und vererbte Kopienzahlvarianten sind eine bekannte Ursache für Autismus, Schizophrenie, Epilepsie und geistige Behinderung.

Wie sie das Genom einer einzelnen Nervenzelle lasen

Die Studie verwendete postmortales Hirngewebe aus Gewebebanken, hauptsächlich der NIH NeuroBioBank. Pränatale Proben stammten von Föten zwischen der 14. und 25. Schwangerschaftswoche. Postnatale Proben reichten von Säuglingen bis zu Menschen im Alter von 90 Jahren oder älter. Um sicherzustellen, dass sie nur reife Neuronen untersuchten, schnitten die Forscher die Kortikalplatte heraus – die Schicht, in der sich Neuronen ansiedeln, nachdem sie sich nicht mehr teilen – und bestätigten, dass 98 % der isolierten Zellen Neuronen waren.

Die Sequenzierung eines gesamten Genoms aus einer einzelnen Zelle ist teuer, daher entwickelte das Team einen günstigeren Ansatz, der die DNA jedes Neurons mit sehr geringer Tiefe liest – in etwa das Äquivalent einer niedrig aufgelösten Fotografie des Genoms. Das reicht aus, um große Duplikationen und Deletionen zu erkennen, aber nicht kleine Mutationen. Sie wandten die Methode auf 1.526 Neuronen von 16 Personen an und behielten nur die 1.248 Genome, die strenge Qualitätsfilter passierten, die verhindern sollten, dass absterbende oder abgebaute Zellen als mutierte durchgehen.

Anschließend wiederholten sie die Arbeit mit einer zweiten, unabhängigen Methode, die DNA etwa zehnmal tiefer liest, an 831 weiteren Neuronen von 12 Personen. Das Ergebnis war dasselbe: 33,1 % der Neuronen mit weit verbreiteten Varianten vor der Geburt und 7,2 % danach – ein 4,6-facher Rückgang.

Eine dritte Beweislinie lieferte das Mikroskop. In fetalen Hirnschnitten befanden sich etwa 6 % der Zellkerne in der Kortikalplatte neben Mikrokernen – kleinen Taschen mit fehlplatzierten Chromosomenfragmenten, ein klassisches Zeichen für Zellteilungsfehler. Das genetische Material in diesen Mikrokernen verblasste mit dem Alter, im gleichen Zeitverlauf wie die durcheinandergeratenen Neuronen.

Warum die fehlerhaften Neuronen verschwinden

Das sich entwickelnde Gehirn produziert mehr Neuronen, als es benötigt, und tötet dann einen großen Teil davon durch programmierten Zelltod ab. Schätzungen für die menschliche Großhirnrinde gehen von 20 % bis 50 % der während der Entwicklung verlorenen Neuronen aus, wobei die größte Welle – bis zu etwa 30 % – um die Geburt herum auftritt. Biologen wissen seit langem, dass dies geschieht, aber nicht, warum bestimmte Zellen ausgewählt werden.

Die neuen Daten liefern eine Antwort. Das Team analysierte die Aktivität von Genen in 44.861 einzelnen Gehirnzellen und stellte fest, dass Neuronen mit vielen Kopienzahlvarianten eine ungewöhnlich geringe Aktivität in Genen aufwiesen, die Synapsen – die Verbindungen zwischen Nervenzellen – aufbauen und erhalten. Eine Untergruppe dieser Zellen zeigte zudem eine hohe Aktivität von Zelltodprogrammen. Junge Neuronen konkurrieren darum, in Schaltkreise eingebunden zu werden, und diejenigen, die keine Verbindungen aufbauen, sterben in der Regel ab.

„Dieser Wettbewerb um Synapsen wird seit Jahren beschrieben, jedoch ohne den Vorteil eines genomischen Verständnisses“, sagte Walsh. „Uns war nicht klar, dass dieser Überlebenskampf, dieser darwinistische Wettbewerb, der Qualitätskontrollmechanismus der Natur im Gehirn ist.“

Die überlebenden Neuronen tragen eine bezeichnende Signatur. Genomregionen, die Autismus-assoziierte Gene und Gene für die empfangsseitige Seite von Synapsen enthalten, waren in Neuronen aus älteren Gehirnen selten gestört, was darauf hindeutet, dass Zellen mit Schäden dort entfernt wurden. „Das deutet darauf hin, dass die Neuronen, die überleben, möglicherweise diejenigen sind, die während der Entwicklung die intaktesten Genome bewahrt haben“, sagte Christos Proukakis, Neurologe am University College London, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber dem Nachrichtenteam von Nature.

Wie sich dies mit dem bisherigen Wissensstand vergleichen lässt

Genetisches Chaos in der frühen Entwicklung ist nicht neu. Bis zu 73 % der frühen menschlichen Embryonen enthalten Zellen mit großen Chromosomenfehlern, und bis zu 30 % der Vorläuferzellen, aus denen Neuronen hervorgehen, zeigen ähnliche Schäden. Walsh verwies auf Fruchtbarkeitskliniken, die routinemäßig Embryonen voller abnormaler Zellen sehen, die dennoch zu gesunden Kindern heranwachsen. Unklar war, ob dieses Chaos in reifen Neuronen überdauert, und frühere Studien an erwachsenen Gehirnen lieferten widersprüchliche Antworten.

Diese Studie legt nahe, dass beide Lager teilweise recht hatten. Geschädigte Neuronen sind vor der Geburt häufig und werden danach selten. Sobald die perinatale Auslese abgeschlossen ist, bleibt der Anteil recht stabil: etwa 7,1 % der Neuronen mit weit verbreiteten Varianten bei Säuglingen bis zu zwei Jahren und etwa 4,8 % bei Menschen über 60 Jahren. Eine langsamere Entfernung von Neuronen mit kleineren Varianten setzt sich ein Leben lang fort. Durch die Zusammenführung ihrer Daten mit sechs früheren Studien schätzen die Autoren, dass dieser langsame Schwund über 60 Jahre hinweg etwa 13 % der Neuronen entfernt – nahe an dem etwa 10-prozentigen Rückgang der Neuronenzahl, der durch Zellzählungen in alternden Gehirnen gemessen wurde.

Der Schaden scheint bereits zu beginnen, bevor Neuronen überhaupt geboren werden. Bruchstellen in der DNA häufen sich in Regionen, die früh repliziert werden, wenn sich eine Zelle teilt – das erwartete Muster bei Fehlern während der Zellteilung in Vorläuferzellen und nicht in reifen Neuronen, die sich nicht mehr teilen.

Was die Studie nicht klärt

Niemand hat in dieser Studie beobachtet, wie ein Neuron stirbt. Jedes Gehirn wurde nur einmal nach dem Tod untersucht, daher wird die Elimination durch den Vergleich des Anteils geschädigter Neuronen bei verschiedenen Personen unterschiedlichen Alters erschlossen. Die Zahl der Spender ist gering: neun pränatale und sieben postnatale Gehirne in der Hauptanalyse. Es gab keine Proben aus dem dritten Trimester, sodass der genaue Zeitpunkt der Auslese – vor oder nach der Geburt – unbekannt bleibt.

Der Mechanismus ist immer noch eine Korrelation. Geschädigte Neuronen zeigen schwache Synapsen-Genaktivität und starke Zelltod-Signale, aber die Studie beweist nicht, dass eine schlechte Verschaltung deren Entfernung auslöst. Der Zusammenhang mit Autismus ist ebenfalls eine Hypothese: Das Team hat bisher nicht die Gehirne von Menschen mit Autismus oder Epilepsie mit denen von Menschen ohne diese Erkrankungen verglichen.

Einige geschädigte Neuronen überleben zudem bis ins hohe Alter in gesunden Gehirnen. Die Forscher wissen nicht, ob diese verbleibende genetische Vielfalt ein harmloses Nebenprodukt ist oder einem Zweck dient.

Häufige Fragen zu Gehirnzellen und DNA-Fehlern

Verliert das Gehirn vor und nach der Geburt Nervenzellen?

Ja. Die sich entwickelnde menschliche Großhirnrinde produziert mehr Neuronen, als sie behält, und entfernt schätzungsweise 20 % bis 50 % von ihnen durch programmierten Zelltod, mit einer großen Welle um die Geburt herum. Diese Studie legt nahe, dass Neuronen mit stark geschädigten Genomen zu den ersten gehören, die abgebaut werden.

Haben alle Nervenzellen im selben Gehirn identische DNA?

Nein. Jeder Mensch ist ein genetisches Mosaik. In dieser Studie trugen etwa 64 % der pränatalen Neuronen und etwa 22,5 % der Neuronen von Menschen ab sechs Jahren mindestens eine Kopienzahlvariante – einen duplizierten oder fehlenden DNA-Abschnitt.

Hängt diese Entdeckung mit Autismus zusammen?

Möglicherweise, aber es ist nicht bewiesen. Neuronen, die überleben, weisen selten Schäden in Autismus-assoziierten Genen auf, was darauf hindeutet, dass die Auslese diese Gene schützt. Ob der Prozess bei autistischen Menschen anders abläuft, wurde noch nicht getestet.

Könnte dies das erwachsene Gehirn betreffen?

Die langsame Entfernung von Neuronen mit kleineren DNA-Fehlern setzt sich ein Leben lang fort. Die Forscher untersuchen nun, ob derselbe Prozess eine Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer spielt.

Was als Nächstes kommt

Die Studie wurde am 28. Oktober 2026 in Nature veröffentlicht und ist im Open Access verfügbar. Das Team aus Boston Children’s und Harvard untersucht nun, ob sich die Eliminierung fehlerhafter Neuronen in den sich entwickelnden Gehirnen von Menschen mit Autismus und anderen neurologischen Entwicklungsstörungen unterscheidet, und ob derselbe Mechanismus zum Neuronenschwund bei Alzheimer beiträgt. „Wir denken, dass viele verschiedene Krankheiten Auffälligkeiten in diesem Prozess aufweisen könnten“, sagte Walsh. „Es hat ein ganz neues Universum an Denkmöglichkeiten eröffnet.“

Referenz: Shao et al., „Perinatal elimination of genetically aberrant human cortical neurons,“ Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11190-3

Schlagwörter: Autismus, Boston Children's Hospital, Gehirnentwicklung, Genetik, Harvard Medical School, Neuronen

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