Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Irrläufer im Gehirn: Wenn Nervenzellen nicht mehr richtig wandern

16.07.2015

Bei ihren Forschungen zur Gehirnentwicklung gewannen Ulmer Wissenschaftler faszinierende Einblicke in die Wanderungsbewegungen von Nervenzellen. Sie stießen dabei auf einen molekularen Mechanismus, der die Neuronenmigration im Neocortex steuert und damit die Entwicklung dieses besonderen Gehirnareals entscheidend beeinflusst. Eine Schlüsselrolle spielt dabei der Transkriptionsfaktor Bcl11a.

Das menschliche Gehirn ist ein biologisches Meisterwerk. Eines der Hochleistungszentren in dieser komplexen Architektur aus Milliarden von Nervenzellen ist die Großhirnrinde, auch Neocortex genannt.


Zeitrafferaufnahmen von migrierenden Neuronen im Neocortex. Oben: Wanderungsbewegungen einer Kontrollneurone; unten: Wanderungsbewegungen einer Bcl11a-mutanten Nervenzelle

[Quelle: Wiegreffe et al., Neuron 2015]

Aufgebaut ist diese Hirnregion, in der unter anderem das Sprachzentrum des Menschen verankert ist, aus sechs verschiedenen Schichten, die parallel zur Oberfläche des Gehirns verlaufen. Und in jeder dieser Schichten siedeln jeweils besondere Nervenzellen. Diese Neuronenpopulationen unterscheiden sich nicht nur in ihren Verschaltungsmustern, sondern sie besitzen sogar so etwas wie eine positionsabhängige Identität mit ganz spezifischen Eigenschaften.

Neue Erkenntnisse zur Entwicklung dieses besonderen Gehirnareals liefern nun Wissenschaftler um den Ulmer Mediziner Professor Stefan Britsch in der jüngsten Ausgabe der höchst renommierten Fachzeitschrift NEURON. „Eine Schlüsselrolle in diesem komplexen Prozess spielt die so genannte neuronale Migration.

Denn die zellulären Wanderungsbewegungen sorgen dafür, dass die neuronalen Vorläuferzellen ihren jeweiligen Bestimmungsort in den unterschiedlichen Schichten des Neocortex finden, bevor sie dort ausreifen und sich in die schichtspezifischen neuronalen Schaltkreise integrieren“, erklärt Professor Stefan Britsch. Der Leiter des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie der Universität Ulm hat gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Dr. Christoph Wiegreffe einen neuen molekularen Mechanismus entdeckt, über den die Entwicklung des Neocortex reguliert wird.

In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern der Berliner Charité sowie Wissenschaftlern aus Großbritannien und den USA konnten die Ulmer Forscher zeigen, dass der Transkriptionsfaktor Bcl11a bei der Steuerung der neuronalen Migration im Neocortex eine entscheidende Rolle spielt.

Die Ulmer Forscher konnten außerdem nachweisen, dass über diesen Genschalter die Expression eines bestimmten „Wegfindungsproteins“ (Sema3c) aus der Gruppe der sogenannten Semaphorine beeinflusst wird, das die radiale Migration der Nervenzellen steuert. In dem zu Cell-Press gehörenden Fachjournal NEURON, das weltweit zu den führenden auf dem Gebiet der neurobiologischen Forschung zählt, konnten die Ulmer Forscher im Mausmodell zeigen, dass bei der vorderhirnspezifischen Mutation von Bcl11a nicht nur der Neocortex viel schmaler ist als im Normalfall, sondern auch die Schichtung des Gehirns nicht mehr klar abgegrenzt ist.

„Wir konnten zudem Belege dafür liefern, dass fehlerhafte Wanderungsbewegungen von kortikalen Neuronen mit einer gestörten Polarität der Nervenzellen einhergehen“, ergänzt Dr. Christoph Wiegreffe.

Gleichwohl die Resultate das Ergebnis langwieriger Grundlagenforschung sind, haben sie zugleich erhebliche klinische Relevanz. So wurden vor kurzem erstmals Mutationen von Bcl11a im Menschen entdeckt, die mit einer gestörten Entwicklung des Großhirns einhergehen. Bei den Betroffenen verzögern sich dadurch Sprachentwicklung und intellektuelle Reifung.

Auch sogenannte Autismus-Spektrum-Störungen sind auf subtile Fehler bei der Neuronenwanderung zurückzuführen. „Dabei spielen sowohl das Migrationsverhalten der neokortikalen Nervenzellen selbst eine Rolle als auch damit verbundene zelluläre `Identitätsprobleme´ und Verschaltungsstörungen“, so die Hirnforscher.

Bei ihren Forschungen gelangen den Wissenschaftlern übrigens faszinierende Einblicke in die neuronalen Migrationsprozesse. Per „Live Cell Imaging“, einer Methode zur Beobachtung von lebenden Zellen in ihrer natürlichen Umgebung, konnte das Forscherteam sogar die Wanderungsbewegungen einzelner Neuronen filmen.

Neben klassischen konditionellen Gen-Knockout-Strategien in der Maus (loss-of-function-Ansatz) haben die Wissenschaftler zudem so genannte gain-of-function-Ansätze verwendet, um bestimmte Phänotypen der Mutation aufzuheben und damit die Funktion spezifischer Gene im Gehirn besser charakterisieren zu können. Das methodische Spektrum der Studie reichte daneben von molekularbiologischen und immunhistologischen Methoden bis hin zu Bildgebungsverfahren wie der konfokalen Mikroskopie und dem Live Cell Imaging.

Die Ulmer Wissenschaftler konnten damit nicht nur belegen, dass die mutationsbedingten Migrations- und Polaritätsdefekte zum Teil auf die Bcl11a vermittelte erhöhte Expression von Sema3c zurückzuführen sind, sondern es ist ihnen zudem gelungen, durch die Normalisierung des axonalen Wegfindungsproteins das Auftreten von Migrationsdefekten bei der Hirnentwicklung zu verhindern.

„Mit diesen neuen Erkenntnissen zur Neuronenwanderung konnten wir grundlegende Fragen bei der Gehirnentwicklung klären sowie ein besseres Verständnis für die Entstehung von Erkrankungen des Gehirns und des Nervensystems schaffen“, sind Britsch und Wiegreffe überzeugt. Gefördert wurde das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Medizinischen Fakultät der Universität Ulm im Rahmen des so genannten Bausteinprogramms für junge Wissenschaftler.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Stefan Britsch: E-mail: stefan.britsch@uni-ulm.de; Tel.: 0731 / 500 23101;
Dr. Christoph Wiegreffe: E-mail: christoph.wiegreffe@uni-ulm.de; Tel.: 0731 / 500 23104;

Verantwortlich:
Andrea Weber-Tuckermann

Weitere Informationen:

http://ac.els-cdn.com/S0896627315005668/1-s2.0-S0896627315005668-main.pdf?_tid=f...

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Pflanzen können drei Eltern haben
18.10.2017 | Universität Bremen

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: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik