Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuronale Fehlentwicklung: Braunschweiger Forscher kommen der Ursache des Fragilen X Syndroms näher

08.03.2016

Beim Fragilen X Syndrom handelt es sich um die häufigste vererbbare Form kognitiver Beeinträchtigungen bei Kindern. Sie ist auch oft verbunden mit einer Autismus-Erkrankung. Welche neuronalen Fehlfunktionen ihm zu Grunde liegen, war bisher weitgehend unbekannt. Die Abteilung zelluläre Neurobiologie des Instituts für Zoologie der Technischen Universität Braunschweig hat jetzt eine weitere Ursache für die Entstehung dieser Krankheit eingrenzen können. (PNAS, online 07-03-2016)

Neuronale Entwicklungsstörungen wie Autismus sind häufig durch eine Beeinträchtigung im Heranreifen der Verbindungen zwischen Nervenzellen gekennzeichnet. Wenn dort unwichtige Information nicht herausgefiltert werden, kann es zu einer regelrechten Reizüberflutung kommen. Den Ursachen dafür sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Prof. Martin Korte, TU Braunschweig, jetzt ein Stück näher gekommen – und zwar im Rahmen von Grundlagenforschung zur Funktionsweise unseres Gehirns.


Nervenzellfortsätze (Dendriten) einer Kontroll-Maus, des FXS Mausmodells sowie des FXS Mausmodells, in dem die zu geringe Konzentration von PFN1 durch Manipulation der Genexpression erhöht wurde (Überexpression von PFN1). Die Pfeile deuten auf einzelne Synapsen hin. Diese haben im reifen Zustand eine pilzähnliche Form, bei FXS jedoch sind sie unreif und gleichen eher langen, dünnen Ästchen. Die zusätzliche Expression von PFN1 läßt die Synapsen reifen, so dass die Form nicht mehr vom der Kontrolle zu unterscheiden ist. „TU Braunschweig“, frei zur Veröffentlichung in diesem Kontext bei Nennung der Quelle.

Zwei „Verdächtige“, aber nur ein „Täter“

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit längerem mit zwei Proteinen, die das Zytoskelett von Nervenzellen modulieren: den sogenannten Profilinen (Michaelsen et al. 2010, Rust & Michaelsen-Preusse, 2016). Die hochspezialisierten Nervenzellen unseres Gehirns enthalten zwei Profiline: eine evolutiv – also in der Entwicklung der Lebewesen - ältere Form (PFN1), welche in jeder Körperzelle gebildet wird, und zusätzlich das evolutiv jüngere PFN2a, das nur im Nervensystem zu finden ist. Beide kamen als „Kandidaten“ für die Ursachen von Entwicklungsstörungen infrage. Das Forschungsteam hat nun nachgewiesen, das nur PFN1 für die Fehlentwicklung zuständig ist.

Wie funktioniert das Gehirn?

Um dies festzustellen, mussten die Forscherinnen und Forscher zuvor der Funktionsweise eines gesunden Gehirns näher gekommen. Die Profiline sind in nahezu allen Lebewesen, vom Pilz bis zum Säugetier, anzutreffen. Auch im menschlichen Körper sind in verschiedenen Körperzelltypen mehrere Profiline nebeneinander zu finden. Sie sind in ihrem Aufbau sehr ähnlich, in ihrer Funktion jedoch höchstwahrscheinlich sehr unterschiedlich. Vor allem im Nervensystem ist dies bisher jedoch noch weitgehend unerforscht. Die Arbeitsgruppe konnte im Rahmen ihrer neuen Studie aufklären, warum unsere Nervenzellen genau zwei Profiline benötigen, und damit der Lösung eines Rätsels der Evolution einen Schritt näher kommen.

Während unserer Entwicklung verbinden sich Milliarden von Nervenzellen zu funktionalen Netzwerken, die es dem menschlichen Gehirn erlauben, so verschiedene Aufgaben wie Fahrradfahren oder mitunter sogar das Verständnis der Relativitätstheorie zu bewältigen. Jede Nervenzelle bildet dabei Verknüpfungen, so genannte Synapsen, aus. Sie reifen heran, bis sie ihre volle Funktionsfähigkeit erreichen. Hierbei ist besonders das „Gerüst“, das strukturgebende Zellzytoskelett gefragt, welches der reifen Synapse schließlich eine stabile Form verleiht. Dieses Zytoskelett ist aber zugleich auch ein Leben lang flexibel, um auf Veränderungen der Signalübertragung reagieren zu können. Dieses Phänomen wird als neuronale Plastizität bezeichnet und erlaubt es uns, zu lernen und neue Informationen in diesen neuronalen Netzwerken abzuspeichern.

Ein Protein baut auf, das andere sorgt für Beweglichkeit

Das Forscherteam konnte zeigen, dass das ältere PFN1 vor allem für die Bildung und das Heranreifen von Synapsen wichtig ist, um also die Grundverschaltung des menschlichen Gehirns zu bewerkstelligen. Das evolutiv gesehen jüngere PFN2a hingegen spielt eine essentielle Rolle für die Modulierbarkeit der Synapsenform, ein Prozess der vor allem bei der Gedächtnisbildung benötigt wird. Bemerkenswerter Weise zeigen die Daten auch, dass trotz ihrer hohen biochemischen Ähnlichkeit beide Profilin-Formen in entgegengesetzter Weise auf das Zytoskelett einwirken.

Eine entscheidende Ursache des Fragilen X Syndroms (FXS) ist das ungenügende Heranreifen von Synapsen, so dass diese im späteren Leben nicht für Lernvorgänge zur Verfügung stehen. Die Daten der Forschergruppe belegen nun, dass nur PFN1 und nicht PFN2a in der neurologischen Entwicklungsstörung FXS fehlerhaft reguliert ist. Es kann somit einer der Gründe sein, weshalb hier neuronale Netzwerke nicht richtig ausreifen.

Das Wissen um die Faktoren, welche für die Synapsenbildung benötigt werden und wie genau diese Faktoren im Verlauf neuronaler Entwicklungsstörungen, wie des Fragilen X Syndroms, fehlreguliert sind, kann dazu beitragen, diese in der Zukunft besser behandeln zu können. Erst wenn die Ursachen einer Krankheit bekannt sind, kann man diese auch gezielt therapieren.

Quelle:

PNAS, online 07-03-2016
Neuronal profilins in health and disease:
Relevance for spine plasticity and Fragile X syndrome
Kristin Michaelsen-Preusse, Sabine Zessin, Gayane Grigoryan, Franziska Scharkowski, Jonas Feuge, Anita Remus, and Martin Korte
Division of Cellular Neurobiology, Zoological Institute, Technische Universität Braunschweig, D-38106 Braunschweig, Germany

Angaben zur Studie:

Ein Großteil der Ergebnisse wurde in primären neuronalen Zellkulturen gewonnen. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte stets blind gegenüber der jeweiligen Experimentgruppe, so dass eine unbeabsichtigte Beeinflussung durch den Experimentator ausgeschlossen werden konnte. Für die Studie wurden Organe von 65 Mäusen eingesetzt, die an der TU Braunschweig gezüchtet wurden. Die Signifikanz der Studienergebnisse wurde durch statistische Analyse validiert.

Kontakt:

Prof. Dr. Martin Korte
Technische Universität Braunschweig
Zoologisches Institut, Abteilung Zelluläre Neurobiologie
Spielmannstr. 7, 38106 Braunschweig
Tel.: +49 531 391 3220
E-Mail: m.korte@tu-braunschweig.de

Weitere Informationen:

http://www.zoologie.tu-bs.de/index.php/de/zellulaere-neurobiologie/zellulaere-ne...
http://www.pnas.org/content/early/recent

Dr. Elisabeth Hoffmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Darmflora beeinflusst das Altern
21.04.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten