Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Irrläufer im Gehirn: Wenn Nervenzellen nicht mehr richtig wandern

16.07.2015

Bei ihren Forschungen zur Gehirnentwicklung gewannen Ulmer Wissenschaftler faszinierende Einblicke in die Wanderungsbewegungen von Nervenzellen. Sie stießen dabei auf einen molekularen Mechanismus, der die Neuronenmigration im Neocortex steuert und damit die Entwicklung dieses besonderen Gehirnareals entscheidend beeinflusst. Eine Schlüsselrolle spielt dabei der Transkriptionsfaktor Bcl11a.

Das menschliche Gehirn ist ein biologisches Meisterwerk. Eines der Hochleistungszentren in dieser komplexen Architektur aus Milliarden von Nervenzellen ist die Großhirnrinde, auch Neocortex genannt.


Zeitrafferaufnahmen von migrierenden Neuronen im Neocortex. Oben: Wanderungsbewegungen einer Kontrollneurone; unten: Wanderungsbewegungen einer Bcl11a-mutanten Nervenzelle

[Quelle: Wiegreffe et al., Neuron 2015]

Aufgebaut ist diese Hirnregion, in der unter anderem das Sprachzentrum des Menschen verankert ist, aus sechs verschiedenen Schichten, die parallel zur Oberfläche des Gehirns verlaufen. Und in jeder dieser Schichten siedeln jeweils besondere Nervenzellen. Diese Neuronenpopulationen unterscheiden sich nicht nur in ihren Verschaltungsmustern, sondern sie besitzen sogar so etwas wie eine positionsabhängige Identität mit ganz spezifischen Eigenschaften.

Neue Erkenntnisse zur Entwicklung dieses besonderen Gehirnareals liefern nun Wissenschaftler um den Ulmer Mediziner Professor Stefan Britsch in der jüngsten Ausgabe der höchst renommierten Fachzeitschrift NEURON. „Eine Schlüsselrolle in diesem komplexen Prozess spielt die so genannte neuronale Migration.

Denn die zellulären Wanderungsbewegungen sorgen dafür, dass die neuronalen Vorläuferzellen ihren jeweiligen Bestimmungsort in den unterschiedlichen Schichten des Neocortex finden, bevor sie dort ausreifen und sich in die schichtspezifischen neuronalen Schaltkreise integrieren“, erklärt Professor Stefan Britsch. Der Leiter des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie der Universität Ulm hat gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Dr. Christoph Wiegreffe einen neuen molekularen Mechanismus entdeckt, über den die Entwicklung des Neocortex reguliert wird.

In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern der Berliner Charité sowie Wissenschaftlern aus Großbritannien und den USA konnten die Ulmer Forscher zeigen, dass der Transkriptionsfaktor Bcl11a bei der Steuerung der neuronalen Migration im Neocortex eine entscheidende Rolle spielt.

Die Ulmer Forscher konnten außerdem nachweisen, dass über diesen Genschalter die Expression eines bestimmten „Wegfindungsproteins“ (Sema3c) aus der Gruppe der sogenannten Semaphorine beeinflusst wird, das die radiale Migration der Nervenzellen steuert. In dem zu Cell-Press gehörenden Fachjournal NEURON, das weltweit zu den führenden auf dem Gebiet der neurobiologischen Forschung zählt, konnten die Ulmer Forscher im Mausmodell zeigen, dass bei der vorderhirnspezifischen Mutation von Bcl11a nicht nur der Neocortex viel schmaler ist als im Normalfall, sondern auch die Schichtung des Gehirns nicht mehr klar abgegrenzt ist.

„Wir konnten zudem Belege dafür liefern, dass fehlerhafte Wanderungsbewegungen von kortikalen Neuronen mit einer gestörten Polarität der Nervenzellen einhergehen“, ergänzt Dr. Christoph Wiegreffe.

Gleichwohl die Resultate das Ergebnis langwieriger Grundlagenforschung sind, haben sie zugleich erhebliche klinische Relevanz. So wurden vor kurzem erstmals Mutationen von Bcl11a im Menschen entdeckt, die mit einer gestörten Entwicklung des Großhirns einhergehen. Bei den Betroffenen verzögern sich dadurch Sprachentwicklung und intellektuelle Reifung.

Auch sogenannte Autismus-Spektrum-Störungen sind auf subtile Fehler bei der Neuronenwanderung zurückzuführen. „Dabei spielen sowohl das Migrationsverhalten der neokortikalen Nervenzellen selbst eine Rolle als auch damit verbundene zelluläre `Identitätsprobleme´ und Verschaltungsstörungen“, so die Hirnforscher.

Bei ihren Forschungen gelangen den Wissenschaftlern übrigens faszinierende Einblicke in die neuronalen Migrationsprozesse. Per „Live Cell Imaging“, einer Methode zur Beobachtung von lebenden Zellen in ihrer natürlichen Umgebung, konnte das Forscherteam sogar die Wanderungsbewegungen einzelner Neuronen filmen.

Neben klassischen konditionellen Gen-Knockout-Strategien in der Maus (loss-of-function-Ansatz) haben die Wissenschaftler zudem so genannte gain-of-function-Ansätze verwendet, um bestimmte Phänotypen der Mutation aufzuheben und damit die Funktion spezifischer Gene im Gehirn besser charakterisieren zu können. Das methodische Spektrum der Studie reichte daneben von molekularbiologischen und immunhistologischen Methoden bis hin zu Bildgebungsverfahren wie der konfokalen Mikroskopie und dem Live Cell Imaging.

Die Ulmer Wissenschaftler konnten damit nicht nur belegen, dass die mutationsbedingten Migrations- und Polaritätsdefekte zum Teil auf die Bcl11a vermittelte erhöhte Expression von Sema3c zurückzuführen sind, sondern es ist ihnen zudem gelungen, durch die Normalisierung des axonalen Wegfindungsproteins das Auftreten von Migrationsdefekten bei der Hirnentwicklung zu verhindern.

„Mit diesen neuen Erkenntnissen zur Neuronenwanderung konnten wir grundlegende Fragen bei der Gehirnentwicklung klären sowie ein besseres Verständnis für die Entstehung von Erkrankungen des Gehirns und des Nervensystems schaffen“, sind Britsch und Wiegreffe überzeugt. Gefördert wurde das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Medizinischen Fakultät der Universität Ulm im Rahmen des so genannten Bausteinprogramms für junge Wissenschaftler.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Stefan Britsch: E-mail: stefan.britsch@uni-ulm.de; Tel.: 0731 / 500 23101;
Dr. Christoph Wiegreffe: E-mail: christoph.wiegreffe@uni-ulm.de; Tel.: 0731 / 500 23104;

Verantwortlich:
Andrea Weber-Tuckermann

Weitere Informationen:

http://ac.els-cdn.com/S0896627315005668/1-s2.0-S0896627315005668-main.pdf?_tid=f...

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Enzyme besser nutzen: Neues Forschungsprojekt an der Jacobs University Bremen
19.09.2018 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Unordnung kann Batterien stabilisieren
18.09.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Im Focus: Bio-Kunststoffe nach Maß

Zusammenarbeit zwischen Chemikern aus Konstanz und Pennsylvania (USA) – gefördert im Programm „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung

Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt...

Im Focus: Patented nanostructure for solar cells: Rough optics, smooth surface

Thin-film solar cells made of crystalline silicon are inexpensive and achieve efficiencies of a good 14 percent. However, they could do even better if their shiny surfaces reflected less light. A team led by Prof. Christiane Becker from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) has now patented a sophisticated new solution to this problem.

"It is not enough simply to bring more light into the cell," says Christiane Becker. Such surface structures can even ultimately reduce the efficiency by...

Im Focus: Mit Nano-Lenkraketen Keime töten

Wo Antibiotika versagen, könnten künftig Nano-Lenkraketen helfen, multiresistente Erreger (MRE) zu bekämpfen: Dieser Idee gehen derzeit Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Medizinischen Hochschule Hannover nach. Zusammen mit einem führenden US-Experten tüfteln sie an millionstel Millimeter kleinen Lenkraketen, die antimikrobielles Silber zielsicher transportieren, um MRE vor Ort zur Strecke zu bringen.

In deutschen Krankenhäusern führen die MRE jährlich zu tausenden, teils lebensgefährlichen Komplikationen. Denn wer sich zum Beispiel nach einer Implantation...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Experten der Orthopädietechnik tagen in Göttingen

19.09.2018 | Veranstaltungen

Von den Grundlagen bis zur Anwendung - Internationale Elektrochemie-Tagung in Ulm

18.09.2018 | Veranstaltungen

Unbemannte Flugsysteme für die Klimaforschung

18.09.2018 | Veranstaltungen

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

Fester Platz im Unternehmen - 36 Auszubildende und Studierende der Friedhelm Loh Group erhalten Zeugnisse

19.09.2018 | Unternehmensmeldung

Virtual Reality ohne Kopfschmerz oder Simulationsübelkeit

19.09.2018 | Informationstechnologie

Kaiserslauterer Architekten setzen Holzkuppel dank Software einfach wie Puzzle zusammen

19.09.2018 | Architektur Bauwesen

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