Forscher des Instituts für Molekularbiologie der Universität Mainz haben einen komplexen regulatorischen Mechanismus enthüllt, der erklären kann, wie ein einzelnes Gen die Entwicklung von Gehirnzellen vorantreiben kann. Die Veröffentlichung, publiziert im The EMBO Journal, ist ein wichtiger Schritt, um die Entwicklung des Gehirns besser verstehen zu können. Sie bietet außerdem Potential für Therapien in der Regeneration, beispielsweise nach einem Schlaganfall.
Neurodegenerative Erkrankungen, wie Beispielsweise Parkinson, gehen oft mit einem irreversiblen Verlust an Gehirnzellen einher, auch Neuronen genannt. Irreversiebel deshalb, weil diese hochspezialisierten Zellen im Unterschied zu den meisten anderen Zellen im menschlichen Körper, nicht in der Lage sind, sich selbständig wieder zu regenerieren. Ist das Gehirn geschädigt, so wird dieser Zustand beibehalten. Im Zuge der Forschungsarbeiten erhofft man sich zu verstehen, wie das Gehirn grundsätzlich entsteht, um dann diesen Prozess zu imitieren. Bis heute tappen die Forscher noch im Dunkeln, wie die molekularen Mechanismen hinter der Entwicklung des komplexen Gehirns strukturiert sind.
Die Forschungsgruppe um Dr. Vijay Tiwari am Institut für Molekulare Biologie der Universität Johannes Gutenberg in Mainz, beschäftigte sich mit einem zentralen Gen für Gehirnentwicklung, dem “NeuroD1”. Dieses Gen ist der Startpunkt der Neurogenese und wird im sich entwickelnden Gehirn exprimiert.
In der Veröffentlichung konnten Tiwari und seine Kollegen feststellen, dass das NeuroD1-Gen nicht nur in neuronalen Stammzellen exprimiert wird, sondern auch als wichtigster Regulator für vielfältige andere Gene wirkt, die für sich wiederum die Entwicklung des Gehirns positiv beeinflussen. Sie nutzten für ihre Studie eine Kombination aus Neurobiologie, Epigenetik und Bioinformatik – auf Englisch: “Computional Biology” um zu zeigen, dass diese Gene normalerweise in der Entwicklung ausgeschaltet sind und nur durch NeuroD1 auf epigenetischer Ebene beeinflusst werden, um aktiviert zu werden. Insbesondere konnten sie zeigen, dass die Gene angeschaltet bleiben auch wenn die Beeinflussung durch NeuroD1 abgebrochen wird. Dies geschieht durch permanente epigenetische Veränderung in den Genen, genauer gesagt, es entsteht ein epigenetisches Gedächtnis der neuronalen Differenzierung in der Zelle.
Abhijeet Pataskar und Johannes Jung, Erstautoren des Papers, erklären die Signifikanz dieser Entdeckung:
“Unsere Forschungsergebnisse zeigen, wie ein einzelner Faktor, NeuroD1, die Kapazität zur Veränderung der epigenetischen Landschaft der Zelle besitzt. Das Resultat ist eine Genexpression, die wegweisend für die Differenzierung von Neuronen ist.”
Dr. Tawari ist gespannt auf die Anwendung der Forschungsergebnisse:
“Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, die Beziehung zwischen DNA-Sequenz, epigenetischen Veränderungen und der Differenzierung der Zelle, zu verstehen. Es wirft nicht nur neues Licht auf die Entwicklung des Gehirns während der embryologischen Entwicklung, sondern eröffnet auch neue Wege und Möglichkeiten für regenerative Therapien.”
Text: esanum/ ja
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