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 Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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