Mechanismus der Gehirnentwicklung entschlüsselt

Fabian Peters

Protein-Regelkreis entscheidend für die Entwicklung des Gehirns

06.12.2011

Während die Funktionen der verschiedenen Gehirnareale heute bereits relativ weitgehend erforscht sind, ist über die Entwicklung des Gehirns beziehungsweise die hierfür maßgeblichen Faktoren bis heute nur wenig bekannt. Schwedische und Deutsche Forscher haben nun einen bisher unbekannten Mechanismus identifiziert, der bei der embryonalen Entwicklung des menschlichen Gehirns eine wesentliche Rolle spielt.

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Die Wissenschaftler um Dr. Christopher Horst Lillig von der Universität Greifswald und Dr. Carsten Berndt vom Karolinska-Institut in Stockholm haben einen bisher unbekannten Regelkreis im Gehirn entdeckt, der maßgeblich für die Entwicklung der Strukturen im menschlichen Gehirn ist. Auf Basis der aktuellen Erkenntnisse könnten in Zukunft unter Umständen neue Therapieansätze zur Behandlung verschiedener neurologischer Krankheiten abgeleitet werden, schreiben Dr. Lillig und Dr. Berndt in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS). Den Forschern zufolge spielt der entdeckte Protein-Regelkreis möglicherweise auch bei der Entstehung Erkrankungen wie Epilepsie und Alzheimer eine wesentliche Rolle.

Entstehung der Gehirnstrukturen abhängig von Glutaredoxin-2?
Über die Entstehung der Strukturen im Gehirn ist bisher nur relativ wenige bekannt. Welche Einflussgrößen die Entwicklung der rund 100 Milliarden Nervenzellen des Gehirns und deren Verknüpfung untereinander (jede Nervenzelle ist durchschnittlich mit 1.000 anderen verknüpft), stand daher im Fokus der aktuellen Untersuchungen von Dr. Lillig und Kollegen. ist. Sie wollten herausfinden, welche Faktoren, Signale und Regulationsmechanismen die Ausbildung der Strukturen im Gehirn bestimmen. Zu diesem Zweck untersuchten die Wissenschaftler in einem Modellversuch die Entwicklung der Gehirnstrukturen bei Zebrafischen. Da sie einen wesentlichen Einfluss des Proteins Glutaredoxin-2 auf die Entwicklung des Gehirns vermuteten, analysierten die Forscher um Dr. Lillig und Dr. Berndt im Rahmen ihrer Studie, welche Wirkung ein Entzug des Proteins auf die Entwicklung des Gehirns der Zebrafische hat. Die Zebrafische eigenen sich laut Aussage der Wissenschaftler besonders gut als Beispielorganismus für die Entstehung der Strukturen im menschlichen Gehirn.

Protein-Regelkreis hat wesentlichen Einfluss auf die Entwickelung des Gehirns
Dr. Lillig und Dr. Berndt erklären in dem aktuellen PNAS-Artikel, das das Protein Glutaredoxin-2 zur Veränderung der Aminosäure Cystein dient und so weitere Proteine beeinflusst, die zur Bildung sogenannter Axone im Gehirn benötigt werden. Als Axone werden die faserartigen Fortsätze der Nervenzelle bezeichnet, die zur Verknüpfung der Nervenzellen (Synapsen) untereinander benötigt werden. Nur wenn diese Verknüpfung funktioniert, ist die benötigte Reizweiterleitung und Kommunikation zwischen den verschiedenen Bereichen des Gehirns und den Muskelzellen gewährleistet, erläutern die Wissenschaftler in dem Fachmagazin PNAS. Ohne die Bildung der Axone kann das komplexe Netzwerk zwischen den Nervenzellen im menschlichen Gehirn nicht aufgebaut werden, so die Aussage von Dr. Lillig und Dr. Berndt. An dieser Stelle kommt dem Protein Glutaredoxin-2 offenbar eine wesentliche Bedeutung zu, denn bei den Zebrafischen ohne das Protein konnten die Verknüpfungen nicht gebildet werden und die in der Entwicklung befindlichen Nervenzellen starben in Folge der fehlenden Verknüpfung ab. Damit sei die maßgebliche Bedeutung des neu entdeckten Regelkreises für die Entwicklung des Gehirns eindeutig nachgewiesen, betonte das schwedisch-deutsche Forscherteam.

Mögliche Auswirkungen des Protein-Regelkreises auf neurologische Erkrankungen
In einem nächsten Schritt soll nun überprüft werden, ob der entdeckte Regelkreis möglicherweise auch einen Einfluss auf die Entstehung neurologischer Erkrankungen wie Demenz beziehungsweise Alzheimer oder Epilepsie hat. Denn nach Ansicht von Dr. Berndt und Dr. Lillig liegt die Vermutung nahe, dass die zur Bildung der Axone benötigten Proteine auch bei derartigen neurologischen Krankheiten eine wesentliche Rolle spielen könnten. In jedem Fall sei nun jedoch erstmals eindeutig belegt, dass die embryonale Entwicklung des Gehirns von der enzymatischen Aktivität des Glutaredoxin-2 abhängt. Ohne „Glutaredoxin-2 verloren praktisch alle Arten von Neuronen die Fähigkeit, eine axonales Gerüst zu entwickeln“, so die Aussage der Forscher. An der aktuellen Studie waren neben den Wissenschaftlern der Universität Greifswald und des Karolinska-Instituts Stockholm auch Forscher der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf und der Philipps-Universität in Marburg beteiligt. (fp)