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Informationen über ein Gen, das hilft, uns als Menschen zu definieren

07.12.2018

Dr Adam O'Neill

Gehirnorganoide oder "Mini-Hirne", die in Kultur wachsen

Forscher der University of Otago haben durch die Untersuchung einer seltenen Entwicklungsstörung des Gehirns Informationen über ein Gen entdeckt, das Primaten - Menschenaffen und Menschen - von anderen Säugetieren unterscheidet.

Dr. Adam O'Neill führte die Forschung im Rahmen seiner Doktorarbeit an der University of Otago unter der Leitung von Professor Stephen Robertson durch und entdeckte, dass das PLEKHG6-Gen Eigenschaften hat, die Aspekte der Gehirnentwicklung bei Primaten im Vergleich zu anderen Spezies unterschiedlich beeinflussen.

"Im Großen und Ganzen kann man dieses Gen als einen der genetischen Faktoren betrachten, die uns im neurologischen Sinne zum Menschen machen", erklärt Dr. O'Neill, der heute in der Abteilung für Physiologische Genomik der Ludwig-Maximilians-Universität in München arbeitet.

Professor Robertson sagt, dass die Forschung darauf abzielte, die Idee anzugehen, dass es Gene geben muss, die Menschen haben, die unser Gehirn in mancher Hinsicht größer und besser funktionieren lassen als andere Tiere. Diese erhöhte Komplexität könnte jedoch mit Kosten verbunden sein und den Menschen möglicherweise für die Entwicklung einer ganzen Reihe von neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen prädisponieren.

"Solche Gene waren schwer zu finden, aber mit einem Ansatz, bei dem wir Kinder mit einer bestimmten Hirnfehlbildung namens periventrikuläre noduläre Heterotopie untersuchten, fanden wir ein "beschädigtes" genomisches Element bei einem Kind, das die Eigenschaften eines solchen primatenspezifischen genetischen Faktors hatte", erklärt er. In diesem speziellen Fall kann eine Teilmenge von Neuronen im sich entwickelnden Gehirn ihre korrekte Position nicht einnehmen, was zu einer Vielzahl von Symptomen wie Epilepsie und verzögerter Entwicklung führt.

Dr. O'Neill und Forschungsmitarbeiter vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie, Deutschland, machten sich dann auf den Weg, um den Punkt zu testen, an dem das Gen Aspekte der Gehirnentwicklung antreibt, die für Primaten einzigartig sind. Einige erstaunliche Daten wurden mit einem neuartigen Ansatz gefunden, indem menschliche "Mini-Hirne" in Kultur untersucht wurden. Es ist nun möglich, eine Hautzelle zu nehmen und sie mit einer Reihe von genetischen Tricks zu transformieren, so dass sie ausgelöst werden kann, um eine winzige hirnähnliche Struktur in Kultur im Labor zu bilden.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass die besondere genetische Veränderung, die einen Bestandteil dieses Gens (PLEKHG6) deaktivierte, seine Fähigkeit, das Wachstum und die Vermehrung spezialisierter Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn zu unterstützen, veränderte. Darüber hinaus gelang es einigen dieser Zellen auch in den ersten Wochen der Gehirnentwicklung nicht, in ihre richtige Position im wachsenden "Mini-Hirn" zu gelangen.

Professor Robertson sagt, dass es seit einiger Zeit bekannt ist, dass sich diese Stammzellen zwischen Primaten/Menschen und anderen Tieren unterschiedlich verhalten, aber zu verstehen, welche Gene diese Unterschiede regulieren, war ein Rätsel.

"Adams Errungenschaft war es, zu zeigen, dass diese spezielle Komponente des PLEKHG6-Gens ein solcher Regulator ist, den der Mensch erst kürzlich in seiner Entwicklung "erworben" hat, um sein Gehirn "außergewöhnlich" zu machen."

Dr. O'Neill sagt, dass es nur sehr wenige genetische Elemente gibt, die für unser Genom spezifisch für Primaten sind, so dass diese Entdeckung zu einer sehr kurzen Liste genetischer Faktoren beiträgt, die uns zumindest in einem Sinne zu Menschen machen.

"Ein solches Verständnis versetzt uns in die Lage, besser zu verstehen, wie ein Gehirn sich selbst aufbaut - Wissen, das zu unserer Fähigkeit beiträgt, Strategien zur Reparatur des geschädigten Gehirns zu entwickeln, besonders in der frühen Kindheit, wo es noch viele Stammzellen gibt", sagt Dr. O'Neill.

Die Arbeit hilft auch, mehr Informationen über die Liste der Gene zu liefern, die verändert werden, um diese spezielle Art von Hirnfehlbildung zu verursachen.

"Ich persönlich denke auch, dass es unterstreicht, dass es sehr subtile nuancierte Unterschiede sind, die uns von anderen Tieren unterscheiden. Unser Anthropozentrismus könnte viel bescheidener sein", sagt Dr. O'Neill.

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