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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie