Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gehirn im Schwebezustand: Einflüsse der Epigenetik auf die Hirnentwicklung

03.02.2016

Göttinger Wissenschaftler des CNMPB, MPIBPC und DZNE beschreiben molekularen Mechanismus, der umfassende epigenetische Programme in der Hirnentwicklung kontrolliert. Veröffentlicht in der Fachzeitschrift CELL REPORTS.

Die Bildung von Nervenzellen, die sogenannte Neurogenese, läuft beim Menschen und allen anderen Säugern während der Hirnentwicklung auf Hochtouren und ist dann so gut wie abgeschlossen. Allein im Vorderhirn entstehen in bestimmten Regionen auch im erwachsenen Gehirn noch neue Nervenzellen.


Chromatin-Umbau und Funktion des BAF-Komplexes in der Entwicklung des Vorderhirns. (A) In einem Energieverbrauchenden Prozess beeinflusst der BAF-Multiproteinkomplex durch Anlagerung die Chromatin-Struktur. Die lokale Umwandlung von inaktivem Heterochromatin in die locker gepackte aktive Form (Euchromatin) ermöglicht die Anlagerung von Transkriptionsfaktoren an einzelne Gene und deren Aktivierung bzw. Deaktivierung. (B) Die Proteinuntereinheiten BAF155 und BAF170 dienen als Grundgerüst des gesamten BAF-Komplexes. Mutanten, denen diese Faktoren fehlen, weisen eine massiv gestörte Entwicklung des Vorderhirns auf. Quelle: Tuoc / CNMPB

Schlüsselmechanismen der Neurogenese sind die sogenannte Epigenetik und der Umbau der Chromatin-Struktur (chromatin remodeling). Sie kontrollieren die Expression von Genen und fördern die Differenzierung von Nervenzellen aus Vorläuferzellen, den neuronalen Stammzellen.

Wie genau das Zusammenspiel von Epigenetik und Chromatin-Umbau die Differenzierung der Stammzellen reguliert, ist bisher noch wenig verstanden. Detailkenntnisse könnten helfen, Strategien zu entwickeln, um die Neubildung von Nervenzellen gezielt anzuregen. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Behandlung von Erkrankungen, bei denen das Gehirn geschädigt ist.

Wissenschaftlern des Exzellenzclusters und des DFG-Forschungszentrums für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie (MPIBPC) und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) am Standort Göttingen ist es nun erstmals gelungen, die Rolle des BAF-Multiproteinkomplexes genauer zu untersuchen.

Dieser Komplex ist in der Entwicklung des Vorderhirns entscheidend daran beteiligt, dass sich neuronale Stammzellen zu Nervenzellen entwickeln. Die Ergebnisse der Göttinger Wissenschaftler liefern erste Belege dafür, dass es einen molekularen Mechanismus gibt, in dem der BAF-Komplex zentral umfassende epigenetische und Genexpressionsprogramme kontrolliert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Cell Reports veröffentlicht.

Originalveröffentlichung: Narayanan R, Pirouz M, Kerimoglu C, Kiszka K, Pham L, Wagener R, Rosenbusch J, Kessel M, Fischer A, Stoykova A, Staiger JF, Tuoc T (2014) Loss of the entire multi-subunit BAF (mSWI/SNF) complexes impairs global epigenetic programs in forebrain development. CELL REPORTS, 13(9): 1842-54.

NEUE ERKENNTNISSE ÜBER DEN BAF-KOMPLEX

Nach den neuen Erkenntnissen der Göttinger Forscher aktiviert der BAF-Komplex nicht selbst Genexpressionsprogramme. Vielmehr nimmt er indirekt Einfluss, indem er Abschaltmechanismen in neuronalen Zellen blockiert. Damit während der Hirnentwicklung Differenzierungsprogramme zur Bildung von Nervenzellen schnellst möglich aktiviert werden können, werden bestimmte Gene in einer Art Schwebezustand gehalten. Maßgeblich kontrolliert wird dieser Zustand durch die Präsenz bestimmter epigenetischer Marker, die Transkriptionsprozesse fördern bzw. unterdrücken. Während der Entwicklung interagiert der BAF-Komplex mit diesen Markern und unterstützt das Umschalten von Schwebezustand zu aktiviertem Zustand und initiiert so den Chromatin-Umbau.

BAF-MULTIPROTEINKOMPLEX: HINTERGRUNDINFORMATIONEN

Wie genau werden neuronale Stammzellen dazu gebracht, neue Nervenzellen hervorzubringen? Dies zu verstehen, ist eine der größten Herausforderungen in der Neurobiologie. Bisher konnte nicht umfassend geklärt werden, in welcher Weise der BAF-Multiproteinkomplex genau das Schicksal von neuronalen Vorläuferzellen beeinflusst.

Der BAF-Multiproteinkomplex ist in der Hirnentwicklung das zentrale Steuerelement für die Aktivierung von Programmen, die zur Neubildung von Nervenzellen führen. Seine Anlagerung an bestimmte Abschnitte des Genoms initiiert den Umbau der Chromatin-Struktur. Dabei wird inaktives, kondensiertes Chromatin (Heterochromatin) in die locker gepackte aktive Form (Euchromatin) umgewandelt. Die für die neuronale Differenzierung notwendigen Gene werden dadurch für bestimmte Transkriptionsfaktoren zugänglich und können an- oder abgeschaltet werden. Welche Bereiche des Chromatins einem Umbau unterzogen werden, wird zuvor durch epigenetische Einflüsse gesetzte, chemische Markierungen bestimmt.

ERGEBNISSE IM DETAIL

Den Göttinger Forschern ist es erstmals gelungen, Mäuse zu züchten, mit denen sich die Rolle des BAF-Komplexes für die Hirnentwicklung detailliert untersuchen lässt. Durch gezielte Mutagenese wurden verschiedene Faktoren des Komplexes eliminiert, so dass diese Mäuse über keine funktionellen BAF-Komplexe verfügen. Das Ergebnis: Die Proteinuntereinheiten BAF150 und BAF170 bilden als zentrale Schlüsselfaktoren das Grundgerüst des Komplexes.

Sie dienen als Andockstellen für die bis zu 15 weiteren BAF-Untereinheiten. Dabei regulieren sie nicht nur die Stabilität, sondern auch die Funktionalität des Komplexes. Mäuse, die diese beiden Faktoren nicht ausbilden, zeigen ein massiv gestörtes Wachstum der Vorderhirnstrukturen. Weitere Ergebnisse der Untersuchung: Das Fehlen eines funktionellen BAF-Komplexes verursachte eine massive Reduktion an locker gepacktem Euchromatin, verbunden mit einer dramatischen Abnahme an Genexpressionsereignissen. Gleichzeitig konnte eine starke Zunahme bestimmter Heterochromatin-Marker beobachtet werden.

„Diese Ergebnisse vertiefen unser Verständnis davon, wie Epigenetik und der Chromatin-Regulation das Schicksal neuronaler Vorläuferzellen und die Plastizität in der Hirnentwicklung beeinflussen. Sie werden außerdem dazu beitragen, neue therapeutische Strategien zu entwickeln, um die Neubildung von Nervenzellen im geschädigten Gehirn, beispielsweise bei der Therapie neurodegenerativer Erkrankungen, anzuregen”, sagt Dr. Tuoc Tran, Senior-Autor der Publikation und Wissenschaftler am Institut für Neuroanatomie der UMG.

Weitere Informationen:

http://www.neuroanatomie.uni-goettingen.de/de/home - Homepage des Instituts für Neuroanatomie der Universitätsmedizin Göttingen
http://www.cnmpb.de Exzellenzcluster und DFG-Forschungszentrum für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularbiologie des Gehirns (CNMPB)

Dr. Heike Conrad | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen
15.10.2018 | Universität Rostock

nachricht Bio-Angeln für Seltene Erden: Wie Eiweiß-Bruchstücke Elektronik-Schrott recyceln
15.10.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungen

Berlin5GWeek: Private Industrienetze und temporäre 5G-Inseln

15.10.2018 | Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

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

Smart Glasses Guide: Neues Tool zur Auswahl von Datenbrillen und Anwendungen

15.10.2018 | Informationstechnologie

Neurowoche 2018: 7000 Experten für Gehirn und Nerven tagen in Berlin

15.10.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Grauer Star: Neues Verfahren bei der Katarakt-Operation

15.10.2018 | Medizintechnik

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