Anzeige
Researchers at the University of North Carolina at Chapel Hill School of Medicine and Duke University now believe they have the answer: impaired brain plasticity.
"When we have experiences, connections between brain cells are modified so that we can learn," said Benjamin Philpot, Ph.D., professor of cell and molecular physiology at UNC and senior author of the study published online May 10 in Nature Neuroscience. "By strengthening and weakening appropriate connections between brain cells, a process termed 'synaptic plasticity', we are able to constantly learn and adapt to an ever-changing environment."
Angelman syndrome occurs in one in 15,000 live births. The most common genetic defect of the syndrome is the lack of expression of the gene UBE3A on chromosome 15. The syndrome often is misdiagnosed as cerebral palsy or autism. Characteristics of the syndrome include intellectual and developmental delay, severe mental retardation lack of speech (minimal or no use of words), seizures, sleep disturbance, hand flapping and motor and balance disorders.
Philpot and his co-authors studied a mouse model of Angelman syndrome. In these mice, the gene UBE3A is functionally deficient. The study found that brain cells in the mice lacked the ability to appropriately strengthen or weaken their connections in the neocortex, a region of the brain that is important for cognitive abilities.
"If brain cells were unable to modify their connections with new experiences, then we would have difficulty learning," said Michael Ehlers, M.D., Ph.D., professor of neurobiology at Duke and co-senior author of the study. "We have found that a specific form of brain plasticity is severely impaired in a mouse model of Angelman syndrome and this prevents brain circuits from encoding information provided by sensory experiences. In addition, an exciting possibility is that the defect we have found may be a more general feature of other disorders of brain development including autism."
The inability of brain cells to encode information from experiences in the Angelman syndrome model suggests that this is the basis for the learning difficulties in these patients.
"It is difficult to study how experiences lead to changes in the brain in models of mental retardation," said Koji Yashiro, PhD, a former graduate student in Philpot's lab and lead author of the study, now a scientist with Urogenix, Inc. in Research Triangle Park, North Carolina. "Instead of studying a complex learning model, we studied how connections between brain cells change in visual areas of mice exposed to light or kept in darkness. This approach revealed that brain cells in normal mice can modify their connections in response to changes in visual experiences, while the brain cells in Angelman syndrome model mice could not."
An unexpected finding was that the plasticity of the cellular connections could be restored in visual areas of the brain after brief periods of visual deprivation. Philpot said the observation that the brain defect could be reversed "is very encouraging, as it suggests that viable behavioral or pharmacological therapies are likely to exist."
"By showing that brain plasticity can be restored in Angelman syndrome model mice, our findings suggest that brain cells in Angelman syndrome patients maintain a latent ability to express plasticity. We are now collaborating to find a way to tap into this latent plasticity, as this could offer a treatment, or even a cure, for Angelman syndrome," said Philpot.
Philpot added, "This same experimental approach could also reveal how brain cells encode information from experiences in other related disorders, such as autism, and may provide a model to find cures for a variety of neurodevelopmental disorders."
Other authors are, from Philpot's UNC lab: Thorfinn Riday, graduate student; Adam Roberts, Ph.D., postdoctoral fellow; Danilo Bernardo, medical student; and Rohit Prakash, former M.D./Ph.D. rotation student. Kathryn Condon, a graduate student in Ehler's lab and the department of neurobiology at Duke University; and Richard Weinberg, Ph.D., professor of cell and developmental biology at UNC, also participated in the research.
Support for the work came from grants from the National Institutes of Health, the Howard Hughes Medical Institute, the Angelman Syndrome Foundation and the Simons Foundation.
Les Lang | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.unc.edu
Weitere Berichte zu: Angelman syndrome > balance disorders > brain cell > brain plasticity > chromosome 15 > cognitive abilities > cognitive deficits > developmental disorder > hand flapping > impaired brain plasticity > learning deficits > mental retardation > mouse model > Neocortex > neurogenetic disorder > sleep disturbance > synaptic plasticity > UBE3A > UNC > visual areas > visual deprivation
Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Deloitte GmbH Wirtschaftsprüfungsgesellschaft
Ein Kilogramm Fleisch so klimaschädlich wie bis zu 1600 Kilometer Autofahrt
24.05.2012 | FEWD Forschungsstelle für Ethik u. Wissenschaft im Dialog, Universität Wien
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten