Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinstress beeinflusst die Gehirnentwicklung

08.12.2015

Max-Planck-Wissenschaftler Sebastian Leidel und Danny Nedialkova erklären wichtigen Mechanismus

Während der Gehirnentwicklung müssen sich Zellen genau koordiniert teilen und differenzieren. Ein internationales Team um Laurent Nguyen (GIGA Institut der Universität Liege, Belgien) und Sebastian Leidel (Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin, Münster) hat einen wichtigen Schalter identifiziert, der diesen Prozess steuert.


Gewebeschnitt durch die embryonale Großhirnrinde einer Maus: Im Gewebeschnitt sind die unterschiedlichen Zelltypen verschiedenfarbig angefärbt.

GIGA-Neurosciences University of Liege / Sophie Laguesse


Gewebeschnitt durch eine embryonale Großhirnrinde: Im Gewebeschnitt können Nervenzellen bei der Entwicklung beobachtet werden.

GIGA-Neurosciences University of Liege / Sophie Laguesse

Durch die Untersuchung von Mausmutanten konnten sie zeigen, dass die Herstellung falsch gefalteter Proteine ein Signal verursacht, das die Differenzierung von Nervenzellen verändert. Als Folge werden die Mäuse mit einem kleineren Gehirn geboren.

Die Arbeit zeigt, dass ein wichtiger Mechanismus, den die Gruppe von Sebastian Leidel in Hefe und Nematoden entdeckt hat, auch in Wirbeltieren wirkt. Entstanden ist diese erfolgreiche internationale Zusammenarbeit durch eine Zufallsbegegnung der Wissenschaftlerinnen Danny Nedialkova und Juliette Godin auf einer wissenschaftlichen Konferenz (Developmental Cell, online vorab 07. Dezember 2015).

Die Gruppe von Laurent Nguyen beschäftigt sich mit der Entwicklung des Gehirns. Wenn sich die Großhirnrinde bildet, entstehen apikale Vorläuferzellen. Im frühen Stadium der Entwicklung werden aus diesen Vorläuferzellen direkt Nervenzellen.

Später in der Entwicklung wird in den Vorläuferzellen ein Schalter umgelegt. Dann bilden die Zellen einen anderen Zelltyp, sogenannte Intermediärzellen, aus denen erst im zweiten Schritt Nervenzellen entstehen. Wichtig ist, dass aus den Intermediärzellen mehr Nervenzellen entstehen als direkt aus den Vorläuferzellen. Wie dieser wichtige Umschaltprozess funktioniert, war eine offene Frage.

In einer früheren Studie hatte Danny Nedialkova, Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe von Sebastian Leidel, gezeigt, dass verzögerte Proteinherstellung zu aggregierten Proteinen führen kann. Dies ist ein wichtiges Kennzeichen vieler neurodegenerativer Erkrankungen.

Die Forschungsergebnisse wurden allerdings in Hefe und Nematoden erzielt. Daher war offen, ob ähnliche Effekte in Wirbeltieren auftreten. Viel schneller als erwartet, konnten die münsteraner Wissenschaftler nun dieses Geheimnis mit Hilfe eines Mausmodells für neurodegenerative Erkrankungen lüften.

„Es war ein absoluter Zufall, dass Juliette Godin und ich bei einer wissenschaftlichen Konferenz der EMBO Stipendiaten ins Gespräch kamen“, sagt Danny Nedialkova. „Zunächst war nicht klar, dass es zwischen unseren Befunden einen Zusammenhang gab. Doch schnell wurde uns bewusst: Die Ergebnisse unserer jüngsten Studie in der Zeitschrift Cell könnten eine Erklärung für die von Laurent und Juliette untersuchte Mikrozephalie sein. Das war der Beginn unserer umfangreichen Zusammenarbeit“, sagt Nedialkova.

„Laurent Nguyen und sein Team wussten, dass Elp3 eine wichtige Rolle spielt“, sagt Nedialkova. „Dazu hatten sie ein Mausmodell etabliert, in dem Elp3 inaktiviert werden kann. Dabei beobachteten sie eine Unterentwicklung der Großhirnrinde. Doch über das Wie und Warum konnten sie nur spekulieren.“

Sebastian Leidel und Danny Nedialkova konnten hier wichtige Erklärungen liefern. Sie kannten Elp3 als Teil eines Proteinkomplexes, der tRNA, also Moleküle, die die genetische Information in eine Proteinsequenz übersetzen, modifiziert. „Ist eine tRNA fehlerhaft modifiziert, dauert es länger, um bestimmte Wörter des genetischen Codes zu lesen“, sagt Nedialkova.

„In unserer Studie in Cell im Juni dieses Jahres postulierten wir, dass solche fehlerhaften oder fehlenden Modifikationen zu neurodegenerativen Erkrankungen führen können. Und tatsächlich: In den Mäusen, in denen Elp3 stillgelegt war, verringerte sich die Übersetzungsgeschwindigkeit des genetischen Codes. Zugleich fanden wir Hinweise auf falsch gefaltete Proteine”, erklärt Nedialkova.

„Interessanterweise führt das Stocken in der Proteinfabrik zu einem Signal, das die apikalen Vorläuferzellen in die direkte Differenzierung treibt. Dadurch entstehen weniger Nervenzellen als normal, und die Großhirnrinde bildet sich nicht richtig“, erklärt Leidel. „Dies ist einmal mehr ein tolles Beispiel dafür, wie wichtig Offenheit in der Wissenschaft ist! Sonst würden wir heute noch nicht verstehen, warum sich solche Mäuse nicht richtig entwickeln können.“

Originalveröffentlichungen:
Sophie Laguesse, Catherine Creppe, Danny D. Nedialkova, Pierre-Paul Prévot, Laurence Borgs, Sandra Huysseune, Bénédicte Franco, Guérin Duysens, Nathalie Krusy, Gabsang Lee, Nicolas Thelen, Marc Thiry, Pierre Close, Alain Chariot, Brigitte Malgrange, Sebastian A. Leidel, Juliette D. Godin und Laurent Nguyen
A dynamic Unfolded Protein Response contributes to the control of cortical neurogenesis
Developmental Cell, online vorab 07. Dezember 2015, doi: 10.1016/j.devcel.2015.11.005

Danny Nedialkova & Sebastian A. Leidel
Optimization of codon translation rates via tRNA modifications maintains proteome integrity
Cell, 18. Juni 2015, doi: 10.1016/j.cell.2015.05.022

Kontakt:
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin, Münster

Dr. Sebastian Leidel, Forschungsgruppenleiter
Tel: 0251 83–46855
E-Mail: sebastian-leidel@mpi-muenster.mpg.de

Dr. Jeanine Müller-Keuker, PR-Referentin
Tel: 0251 70365–325
E-Mail: presse@mpi-muenster.mpg.de

Pressefoto und Nutzungsbedingungen:
Ein Foto zur Pressemitteilung wird Ihnen zur Verfügung gestellt. Die Bildmaterialnutzung ist auf die eigene (redaktionelle) Berichterstattung über wissenschaftliche Themen der Max-Planck-Gesellschaft begrenzt. Eine kommerzielle Nutzung jedweder Art (worunter insb. die Auswertung des Bildmaterials durch dessen Verkauf und die Aufnahme in Bilddatenbanken und -kataloge zählt), ebenso eine werbliche Nutzung/Nutzung für Merchandisingzwecke und auch eine Weitergabe an Dritte bzw. eine entsprechende Rechteeinräumung an Dritte sind ausdrücklich ausgeschlossen.
Bitte nennen Sie bei Veröffentlichung Urheber und Quelle.

Weitere Informationen:

http://www.mpi-muenster.mpg.de/ - Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin
http://www.mpi-muenster.mpg.de/197833/20151207_proteinstress_gehirnentwicklung - Link zur Online-Version der Meldung

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik