Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Entstehung der Falten in der Hirnoberfläche

05.05.2017

Falten im Gehirn vergrößern die Oberfläche bieten zum Beispiel mehr Platz für Funktionen wie Denken und Handeln. Es gibt jedoch auch Säugetiere mit glatter Hirnoberfläche. Nun haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie einen bisher unbekannten Mechanismus der Hirnfaltung entdeckt. Junge Nervenzellen, die während der Entwicklung eines Gehirns mit glatter Oberfläche zur Hirnrinde wandern, besitzen an ihrer Zelloberfläche sogenannte FLRT-Rezeptoren. Der so bedingte Zell-Zusammenhalt und das gleichmäßigere Wanderverhalten begünstigen eine glatte Hirnoberfläche. Das stark gefurchte menschliche Gehirn besitzt im Vergleich zum glatten Mausgehirn deutlich weniger FLRTs.

Das menschliche Gehirn hat viele Rillen und Furchen, wodurch die Hirnoberfläche im Vergleich zu einem glatten Gehirn um ein Vielfaches vergrößert wird. Doch nicht nur der Mensch legt sein Gehirn in Falten. Schon das vor rund 200 Millionen Jahren lebende Ur-Säugetier besaß wahrscheinlich ein faltiges Gehirn. Im Laufe der Evolution verloren jedoch verschiedene Tierarten ihre Hirnfalten wieder. So ist die Hirnoberfläche zum Beispiel von Mäusen und Ratten glatt.


Ohne Adhäsions-Moleküle der FLRT-Familie bildet die normalerweise glatte Hirnrinde der Maus Falten aus, die in Aufbau und Struktur dem menschlichen Gehirn entsprechen.

MPI für Neurobiologie / del Toro, Cederfjäll

„Der evolutionäre Erfolg dieser und anderer Tierarten mit glatten Gehirnen zeigt, dass ein ungefurchtes Gehirn nicht unbedingt von Nachteil ist und für diese Arten passt“, erklärt Rüdiger Klein, Direktor am Max-Planck-Institut für Neurobiologie. „Uns hat interessiert, wie die Hirnfaltung überhaupt zustande kommt.“

Bisher waren Wissenschaftler davon ausgegangen, dass es in gefalteten Gehirnen während der Entwicklung zu einer Vermehrung von Vorläuferzellen kommt. Diese produzieren eine größere Anzahl junger Nervenzellen, die dann zur Hirnrinde wandern. Dort drängen somit sehr viele Zellen in diese Zellschicht. Verschiedene Mechanismen, darunter auch der starre Schädelknochen, verhindern jedoch, dass sich die Hirnrinde – ähnlich wie ein Luftballon – einfach ausdehnt.

Um den Überschuss an Zellen unterzubringen, muss sich die Hirnrinde daher falten. Studien an Mäusen mit künstlich erhöhter Zellmenge zeigten jedoch, dass dieser Prozess nicht ausreicht, um die Hirnrinde zu falten: die Tiere hatten zwar eine dickere, ansonsten jedoch glatte Hirnrinde. „Da musste also noch etwas sein, was die Faltung des Gehirns in Mäusen verhindert“, so Klein zum Ausgangspunkt der Studie, die nun im Fachjournal Cell erschienen ist.

Im sich entwickelnden Mausgehirn wandern die jungen Nervenzellen langsam und geordnet in den Außenbereich des Gehirns, wo sie sich zu einer gleichmäßigen und glatten äußeren Schicht aufreihen. In einer früheren Studie konnten die Wissenschaftler um Rüdiger Klein zeigen, dass das Molekül FLRT3 (gesprochen Flirt-3) wandernde Nervenzellen aneinanderhaften lässt und so eine geordnete Bewegung unterstützt.

„Die Vermutung lag daher nahe, dass FLRTs eine Rolle bei der unterschiedlichen Zellverteilung in gefalteten und glatten Gehirnen spielen können“, so Klein. In ihrer neuen Studie untersuchten die Forscher daher Mäuse, deren Vorläuferzellen weder FLRT3 noch das verwandte FLRT1 besaßen. Diese Tiere entwickelten ein Gehirn, das deutliche Falten aufwies, obwohl sich die Zahl der Vorläuferzellen nicht verändert hatte.

Eine Kombination aus Laboruntersuchungen und Computersimulationen zeigte, wie das Mausgehirn seine Falten entwickelte. Durch das Fehlen von FLRT1/3 hafteten die Vorläuferzellen nicht mehr so stark aneinander. „So konnten abstoßende Mechanismen der Nachbarzellen wahrscheinlich die Überhand gewinnen und die Vorläuferzellen in einzelne Gruppen drängen“, erklärt Daniel del Toro, einer der beiden Erstautoren der Studie.

Innerhalb dieser Zellgruppen konnten sich die Vorläuferzellen freier bewegen und dadurch teilweise auch schneller in den äußeren Hirnbereich wandern. Als Ergebnis dieses veränderten Wanderverhaltens kamen die Vorläuferzellen zu früh in der Hirnrinde an und verteilten sich nicht mehr gleichmäßig. Die Wissenschaftler vermuten, dass das entstehende Gedränge in der obersten Zellschicht den Druck in dieser Schicht erhöhte, der dann durch Furchenbildung aufgelöst wurde.

„Die fehlenden Anziehungskräfte zwischen den Nervenzellen machten die Hirnrinde weicher und formbarer, wodurch die Faltenbildung vermutlich zusätzlich begünstigt wurde“, ergänzt Tobias Ruff, der Co-Erstautor.

Mit ihrer Studie haben die Wissenschaftler erstmals gezeigt, dass das Aneinanderhaften von wandernden Nervenzellen die Hirnfaltung entscheidend beeinflusst und dass die FLRT-Rezeptoren dabei eine maßgebliche Rolle spielen.

Zusammen mit ihren spanischen Kollegen vom neurowissenschaftlichen Institut aus Alicante, Spanien, konnten die Max-Planck Forscher zeigen, dass sowohl beim Menschen als auch im Frettchen, die beide ein gefurchtes Gehirn haben, die FLRT1/3-Mengen deutlich niedriger sind als im glatten Mausgehirn. „Es ist daher wahrscheinlich, dass FLRTs auch die Faltenbildung unseres Gehirns beeinflussen“, vermutet Rüdiger Klein. Die Ergebnisse sind somit ein Ausgangspunkt für weitere Studien zur Faltung und Fehlfaltung des Säugetiergehirns.

ORIGINALVERÖFFENTLICHUNG
Daniel del Toro, Tobias Ruff, Erik Cederfjäll, Anna Villalba, Gönül Seyit-Bremer, Víctor Borrell, Rüdiger Klein
Regulation of cerebral cortex folding by controlling neuronal migration via FLRT adhesion molecules Cell, 04. Mai 2017

KONTAKT
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de

Prof. Dr. Rüdiger Klein
Abteilung "Moleküle – Signale – Entwicklung"
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3150
Email: rklein@neuro.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.neuro.mpg.de/klein - Webseite von Prof. Rüdiger Klein am MPI für Neurobiolgie

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik