Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018

Ein neues Werkzeug des Human Brain Project hilft dabei, die Rolle von Genen in krankheitsrelevanten Hirnregionen zu untersuchen

Wie beeinflussen Gene die Funktionsweise des Gehirns? Mit einem neuen digitalen Werkzeug, das Forscher des Forschungszentrums Jülich im europäischen Human Brain Project (HBP) entwickelt haben, lässt sich dieser Zusammenhang jetzt besser verstehen.


Der dreidimensionale zelluläre JuBrain-Atlas basiert auf mikrostrukturellen Kartierungen von zehn post mortem Gehirnen und zeigt die interindividuelle Variabilität der anatomischen Areale.

Copyright: Forschungszentrum Jülich/HBP


Der mediale Frontalpol (rot) ist bei Depression betroffen. JuGEx ermöglicht die Lokalisierung von Genexpressionsdaten aus Gewebeproben (farbige Kugeln).

Copyright: Forschungszentrum Jülich/HBP

Das JuBrain Gene Expression Tool, kurz JuGEx, verbindet die Vorzüge eines genetischen und eines anatomischen Atlasses. Wissenschaftler können damit nun erforschen, wie bestimmte Gene, die in anatomisch definierten Hirnbereichen aktiv sind, zur Funktion und Fehlfunktion des Gehirns beitragen.

In einer ersten Analyse konnten sie so bereits zwei Gene bestimmen, die in einem Teil des Gehirns besonders aktiv sind, der bei Patienten mit Depression erkennbare Veränderungen aufweist.

Um die Komplexität des menschlichen Gehirns zu beschreiben, sind weltweit groß angelegte Kartierungsprojekte gestartet worden, die sich auf unterschiedliche Aspekte der Hirnorganisation konzentrieren. Dies hat zur Folge, dass es heute eine Reihe verschiedener Atlanten des Gehirns gibt, deren Fokus jeweils auf unterschiedlichen Aspekten liegt.

So ist etwa der amerikanische Allen Brain Atlas daraufhin angelegt, die Expression von Genen zu studieren – in welchem Maße also bestimmte Gene in bestimmten Zelltypen aktiv sind. Der am Forschungszentrum Jülich entwickelte JuBrain Atlas dagegen liefert Karten auf Basis von Zellarchitekturen, mit denen sich verschiedene Hirnbereiche und ihre unterschiedliche Ausprägung in einzelnen Gehirnen bestimmen lassen.

„Die Verbindung von Daten aus beiden Atlanten ist ein wichtiger Schritt zur Überbrückung der verschiedenen Ebenen der Hirnorganisation. Wir müssen Möglichkeiten finden nachzuvollziehen, wie sich beispielsweise die Genexpression auf die Ebene der Mikrostruktur auswirkt“, sagt Prof. Katrin Amunts vom Forschungszentrum Jülich. Die Neurowissenschaftlerin ist wissenschaftliche Direktorin des HBP und leitet die Entwicklung des HBP-Atlasses, eines digitalen 3D-Modells, das viele verschiedene Skalen und Modalitäten integriert.

Ihr Team hat dafür nun JuGEx entwickelt. Das frei verfügbare Tool ermöglicht es, genetische Daten aus dem Allen Brain Atlas mit den mikrostrukturellen Karten von JuBrain zu verknüpfen. „Unser Ansatz macht es sehr einfach, zu testen, welche Gene in frei wählbaren Hirnregionen unterschiedlich stark exprimiert sind“, so Thomas Mühleisen, Genetiker am Forschungszentrum Jülich. Zusammen mit dem Neuroanatom Sebastian Bludau leitete er die Entwicklung von JuGEx.

„Wenn man sich für Merkmale des Gehirns interessiert, die zum Beispiel durch strukturelle Magnetresonanztomografie identifiziert wurden, können wir die Genexpression, sprich die Aktivität von Genen, in dieser Region jetzt mit hoher räumlicher Genauigkeit untersuchen“, erklärt Mühleisen.

Um den Nutzen von JuGEx zu testen, untersuchte das Team damit einen Aspekt von Depression, eine psychische Erkrankung mit starker Erblichkeit. „In einer unserer vorangegangenen Bildgebungsstudien mit JuBrain-Karten hatten wir festgestellt, dass das Volumen an grauer Hirnsubstanz im medialen Frontalpol bei Patienten mit dieser Pathologie im Vergleich zu gesunden Kontrollpatienten signifikant reduziert ist“, erklärt Bludau.

„Dieses Areal ist anhand seiner Mikrostruktur abgrenzbar und spielt in der Regulierung von Emotionen eine Rolle.“ Das Team verwendete dann JuGEx zum Abgleich einer Reihe von Kandidatengenen für Depression in diesem Areal und landete zwei Treffer: eine signifikante Hochregulierung der Gene MAOA und TAC1. MAOA kodiert ein Enzym, das beim Abbau von Neurotransmittern wie Serotonin wichtig ist, während TAC1 Hormone produziert, die bei Neuronen-Anregungen und Verhaltensreaktionen eine Rolle spielen.

„Wie die anderen Tools des HBP-Atlas wird auch JuGEx kontinuierlich weiterentwickelt und mit weiteren Funktionalitäten ausgestattet. Wir hoffen, dass es von einer breiteren, interdisziplinären Forschungsgemeinschaft als nützlich erachtet wird“, fasst Katrin Amunts zusammen. An der Entwicklung von JuGEx ist auch Michael Hawrylycz vom renommierten Allen Brain Institute in Seattle, USA, beteiligt. In den kommenden Wochen und Monaten wird er das Tool in Zusammenarbeit mit den Jülicher Forschern noch erweitern.

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2018/2018-04-24-jug... Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich

Dipl.-Biologin Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

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: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics