Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie das Großhirn groß wurde

03.05.2010
Max-Planck-Forscher entdecken neuen Stammzelltyp in der äußeren Keimzone des Gehirns

Bei der Gehirnentwicklung von Säugetieren hat die Evolution einen Trick angewandt: Zusätzlich zur Ventrikularzone, die neurale Stammzellen beherbergt, bildet sich spezifisch im Großhirn eine zweite aus Vorläuferzellen bestehende Schicht, die Subventrikularzone (SVZ) – hier entsteht der Großteil der Nervenzellen der Gehirnrinde.


Drei sich teilende OSVZ-Stammzellen im sich entwickelnden Großhirn des Frettchens.
Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik

Bei Primaten einschließlich des Menschen findet man am äußeren Rand dieser Zellschicht, der sogenanten OSVZ, einen neuralen Vorläuferzelltyp, dessen Struktur und Funktion bisher nicht verstanden war. Forscher vom Dresdner Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) haben sich diese Zellen nun genauer vorgenommen und ihre Eigenschaften offengelegt. Das sorgte für einige Überraschungen: Die OSVZ-Vorläuferzellen behalten über einen langen, dünnen Zellfortsatz Kontakt zur Basalmembran an der äußeren Oberfläche des sich entwickelnden Gehirns. Dadurch gewinnen diese Zellen Stammzelleigenschaften und können sich wiederholt teilen und so eine Vielzahl von Nervenzellen produzieren.

Dazu, auch das hat das Dresdner Team aufgezeigt, wird das auf den Zellfortsätzen lokalisierte Protein Integrin benötigt. Die Max-Planck-Forscher vermuten, dass so das menschliche Gehirn seine Größe erreicht, die es von den Gehirnen anderer Säugetiere unterscheidet. (Nature Neuroscience, 2. Mai 2010)

Neurale Stammzellen in der Ventrikularzone des sich entwickelnden Gehirns haben zwei Kontakte, nämlich zur sogenannten Basalmembran an der äußeren Hirnoberfläche und zum Ventrikel – das ist der mit Hirnwasser gefüllte Hohlraum, von dem aus das Gehirn wächst. Deshalb können sich diese Stammzellen immer wieder teilen – das ist auch wichtig, denn bei der Entwicklung des menschlichen Gehirns muss zunächst viel Masse angehäuft werden: Zellen, Zellen, Zellen! In der benachbarten Subventrikularzone hingegen, die bisher überwiegend in der Maus untersucht wurde, findet man jedoch neuronale Vorläuferzellen, die keine Kontakte mehr nach außen oder innen haben. Genau das schränkt ihre Teilungsaktivität ein: Sie teilen sich in der Regel nur einmal und bilden jeweils zwei Nervenzellen. Über den dritten Vorläuferzelltyp in der äußeren Subventrikularzone, die so genannten OSVZ-Vorläuferzellen, die bisher nur beim Rhesusaffen beschrieben waren, wusste man vergleichsweise wenig.

„Bemerkenswerterweise behalten die OSVZ-Vorläuferzellen im Menschen ihren Kontakt zur Basalmembran“, sagt Simone Fietz, Doktorandin im Labor von Wieland Huttner, einem der Direktoren am MPI-CBG, in dessen Arbeitsgruppe diese Untersuchungen durchgeführt wurden. Dieser Kontakt ist wichtig für die Fähigkeit der OSVZ-Zellen, sich zu teilen. Möglich macht das das Protein Integrin, wie Experimente belegten. Dazu haben die Dresdner Forscher Gehirngewebe im Reagenzglas so kultiviert, dass die Entwicklung der Hirnrinde wie in der Gebärmutter ablief.

„Als wir dann gezielt die Aktivität von Integrin hemmten, verloren die OSVZ-Vorläuferzellen ihre Teilungsfähigkeit“, sagt Simone Fietz, die gerade an ihrer Doktorarbeit zur Nervenzellenbildung bei Säugetieren im Laufe der Evolution schreibt und die Versuchsreihen zu den nun veröffentlichten Ergebnissen zusammen mit einer anderen Doktorandin, Iva Kelava, und in Zusammenarbeit mit Forscherkollegen der Berliner Charité sowie des Dresdner Uniklinikums durchgeführt hat.

Quantität statt Qualität macht unser Gehirn groß

Bisher hatte man außerdem vermutet, dass dieser Zelltyp nur in Primaten vorkommt. Man hielt das für den entscheidenden Unterschied zwischen Mensch bzw. Affe einerseits und anderen Säugetieren wie der Maus andererseits – Mäuse haben diese Vorläuferzellen nicht. Die Dresdner Forscher machten hingegen eine faszinierende Entdeckung: Sie konnten auch in Frettchen solche Vorläuferzellen nachweisen – wenn auch in weitaus geringerer Zahl als im menschlichen Gehirn. „Das ist deshalb so interessant, weil Frettchen, im Gegensatz zur Maus, ähnlich wie der Mensch ein gewundenes Gehirn mit vergrößerter Oberfläche ausbilden. Wir gehen deshalb nun davon aus, dass nicht die Qualität, sondern die Quantität dieser OSVZ-Vorläuferzellen den Unterschied ausmacht und für die Größe des menschlichen Gehirns verantwortlich ist“, so Fietz und Huttner.

Neues Wissen mit medizinischem Potenzial

Auf lange Sicht sind die neuen Erkenntnisse ein wichtiger Beitrag zu einem besseren Verständnis von Ablauf und Grundlagen der Gehirnentwicklung. „Dieses neue Wissen ist jetzt natürlich noch nicht eine plötzliche Wunderwaffe gegen neurodegenerative Erkrankungen“, schränkt Wieland Huttner ein. Für die Zukunft können die Forschungsergebnisse aber ein Ausgangspunkt für mögliche Therapieansätze sein. „Die Herstellung funktionierender Nervenzellen im Reagenzglas, die in einer Zelltherapie kranke Zellen ersetzen könnten, ist eine lange gehegte Vision und sie hat riesiges medizinisches Potenzial“, erklärt Huttner. Will man Nervenzellen zu Therapiezwecken jedoch irgendwann einmal nachbauen, dann müssen zunächst alle Details ihrer Entstehung gut erforscht sein. Eines dieser Details haben die Dresdner Forscher nun geklärt.

Originalveröffentlichung:
Simone A. Fietz, Iva Kelava, Johannes Vogt, Michaela Wilsch-Bräuninger, Denise Stenzel, Jennifer L. Fish, Denis Corbeil, Axel Riehn, Wolfgang Distler, Robert Nitsch und Wieland B. Huttner
OSVZ progenitors of human and ferret neocortex are epithelial-like and expand by integrin signaling.

Nature Neuroscience, 2. Mai 2010

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Wieland Huttner
Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik
Pfotenhauerstrasse 108
01307-Dresden
Tel. +49 (351) 210 1500
eMail: huttner@mpi-cbg.de
Simone Fietz
Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik
Tel. +49 (351) 210 2705
eMail: fietz@mpi-cbg.de

Dr. Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpi-cbg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | Universität Basel

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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie