Die Kontrolle der Gen-Gen-Interaktion auf Gehirnentwicklung und -aktivität

Wissenschaftler haben einen großen Schritt zur Beantwortung der Frage gemacht, wie Nervenzellen wissen, wohin sie wachsen und mit welcher anderen Nervenzelle sie in Kontakt treten müssen. Forscher am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Deutschland haben am Beispiel der Fr...

Wissenschaftler haben einen großen Schritt zur Beantwortung der Frage gemacht, wie Nervenzellen wissen, wohin sie wachsen und mit welcher anderen Nervenzelle sie in Kontakt treten müssen. Forscher am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Deutschland haben am Beispiel der Fruchtfliege entdeckt, dass wachsende Nervenzellen im Gehirn durch das Zusammenspiel zweier Gene erkennen können, wann sie ihr Zielgebiet erreicht haben. Dank dieser in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience vorgestellten Forschung können Wissenschaftler vielleicht ähnliche Mechanismen feststellen, die vermutlich auch bei der Entwicklung des Wirbeltier-Gehirns eine Rolle spielen. Dies wäre eine wichtige Erweiterung unseres Wissens über bestimmte Entwicklungsstörungen.

Es gibt kaum etwas Komplexeres in unserem Körper als das Nervensystem. Das menschliche Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Nervenzellen, die während der Entwicklung des Gehirns für die Vernetzung mit bestimmten anderen Zellen verantwortlich sind. Falsche oder fehlende Verbindungen führen zu Fehlfunktionen im Organismus.

Jede einzelne dieser Zellen vernetzt sich mit ihren Nachbarzellen und schickt dann ein langes Verbindungskabel, das Axon, in eine ganz andere Gehirnregion. Ist das Axon in seinem Zielgebiet angekommen, verknüpft es sich mit den dort ansässigen Nervenzellen. So entsteht eine Verarbeitungskette, die es uns zum Beispiel ermöglicht, eine Tasse zu sehen, unsere Hand nach ihr auszustrecken und sie zu ergreifen. Hätten sich irgendwo auf dem Weg vom Auge zur Hand die falschen Nervenzellen verbunden, könnten wir den Kaffee in der Tasse nicht erreichen. Mit anderen Worten, für ein fehlerfreies Funktionieren eines Organismus müssen sich die richtigen Nervenzellen untereinander verbinden.

"Der Aufbau von klar definierten synaptischen Verbindungen zwischen spezifischen Nervenzellen ist für die Informationsverarbeitung im Gehirn entscheidend", schreiben die Autoren. "Synapsen sind häufig in Strukturen angeordnet, die eine funktionale Organisation synaptischer Kontakte widerspiegeln. Aber wie finden Axone während der Entwicklung ihre spezifische synaptische Ebene? "Die Mechanismen zur Bildung von synaptischen Ebenen sind noch unklar, obwohl man wichtige molekulare Faktoren identifiziert hat."

Die Wissenschaftler von Max-Planck-Institut untersuchten zusammen mit Kollegen von der Universität Kioto und der Japan Science and Technology Agency die Frage, wie ein Axon realisiert, wann es aufhören zu wachsen und sich mit den benachbarten Zellen verknüpfen soll. Dafür betrachteten Sie die Funktion der Gene, die an der Entwicklung des visuellen Systems der Fruchtfliege beteiligt sind.

Die Forscher fanden heraus, dass sich das visuelle System der Fruchtfliege nur dann richtig entwickeln kann, wenn zwei Gene zusammenarbeiten: die Gene, die für die Produktion der Proteine "Golden Goal" und "Flamingo" zuständig sind. Diese beiden Proteine befinden sich an der Spitze eines wachsenden Axons und sammeln von hier Informationen über ihre Umgebung direkt aus dem umgebenden Gewebe. Mittels dieser Informationen sind die Nervenzellen in der Lage, ihren Weg zu finden und ihr Ziel zu erkennen.

Ihren Forschungen zufolge kommt es zum Chaos, wenn eines der beiden Gene inaktiv oder wenn ihr Zusammenspiel nicht richtig aufeinander abgestimmt ist: Die Axone stellen irgendwo unterwegs ihr Wachstum ein und können ihr Zielgebiet nicht erreichen.

"Wir gehen davon aus, dass ähnliche Mechanismen auch bei der Entwicklung von anderen Organismen - bis hin zum Menschen - eine Rolle spielen", sagt Takashi Suzuki vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Senior-Autor der Studie. "Wir sind jetzt auf einem guten Weg zu verstehen, wie wir diese Zellen manipulieren können, damit sie auch sicher bis in ihr Zielgebiet wachsen."

Die Erkenntnisse könnten Forschern helfen, neue Wege zu entwickeln, um Entwicklungsstörungen zu bekämpfen und die Regeneration von Nervenzellen nach einer Verletzung zu fördern.Weitere Informationen unter: Max-Planck-Institut für Neurobiologie: http://www.neuro.mpg.de/index2.html Kyoto University: http://www.kyoto-u.ac.jp/en Japan Science and Technology Agency: http://www.jst.go.jp/EN/ Nature Neuroscience: http://www.nature.com/neuro/index.html

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