Gehirn: Die „dunkle Materie“ der Nervenzellen

19.11.2013
Foto: Gehirn-Puzzle

Einblicke in die "dunkle Materie" der Nervenzellen können Grundlage für neue Therapien für die Heilung des zentralen Nervensystems sein;
© panthermedia.net/Nelson Marques

Welche Mechanismen regulieren die Differenzierung von Stamm- zu Nervenzellen? Antworten finden sich in dem Teil der nicht-codierenden Erbsubstanz, der „dunklen Materie“.

Seit 2013 sind Methoden bekannt, die diese Erbsubstanzen identifizieren. Dr. Federico Calegari vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden – Exzellenzcluster an der TU Dresden (CRTD) entwickelte die erste Mauslinie, mit der er die Regulationen von Erbsubstanzen der „dunklen Materie“ bei der Differenzierung von Stamm- zu Tochterzellen und Proteinen nachvollziehen kann.

Nur ein Bruchteil der Zell-DNA besteht aus Genen. Mehr als 95 Prozent der menschlichen DNA machen nicht-codierende Erbsubstanzen aus, die keine Bauanleitungen für Proteine enthalten. Diese nicht-codierende DNA, die „dunkle Materie“, kann erst seit kurzem mit neuentwickelten Messemethoden identifiziert werden. Die „dunkle Materie“ reguliert die Aktivitäten der Gene. Bei Störungen können falsche Gene aktiviert oder Zellen unerwünschte Eigenschaften verliehen werden.

„Stammzellen, differenzierte Vorläuferzellen und neue Nervenzellen liegen in einer vermischten Zellpopulation bei der Entwicklung des Gehirns vor, ebenso nicht-codierende Erbsubstanzen“, erläutert Calegari. „Aus diesem Gemisch wollten wir bestimmen, welche Gene und nicht-codierenden Erbsubstanzen wichtig für die Teilung der Nervenstammzellen sind.“

Gemeinsam mit den Doktorandinnen Julieta Aprea und Silvia Prenninger hat er eine neue Mauslinie geschaffen, um in vivo Transkriptionsgene zu identifizieren. Dafür ist eine Mauslinie kombiniert mit rot und grün fluoreszierenden Reporterproteinen als Marker gezüchtet worden, die Populationen der Stammzellen, Tochterzellen und neugebildeten Nervenzellen in der örtlichen und zeitlichen Regulation bei der Gehirnbildung sichtbar macht. Mit Hilfe des Next Generation Deep Sequencing können Calegari und Aprea nun auch die Aktivität der Transkriptionsgene der jeweiligen Zellpopulationen viel genauer bestimmen.

Die nicht codierende Erbsubstanz Miat der „dunklen Materie“ haben die Dresdner Gehirnforscher dabei genauer untersucht. „Im Kern der Nervenzelle kann Miat als winzige Punkte sichtbar gemacht werden“, berichtet Aprea. Niemand wusste bisher, welche Funktionen Miat besitzt.“ Die RNA setzt in biologischen Zellen die genetische Information in Proteine um, der Informationsträger hierfür ist die sogenannte Messenger-RNA (mRNA). Eine Vorstufe der mRNA beinhaltet nicht-codierende Gen-Teile (Introns) und Teile, die nach dem Spleißen bleiben (Exons). Mit dem Spleißen werden die nicht-codierenden Gen-Teile entfernt und die angrenzenden Exons zur fertigen mRNA verknüpft. Calegari resümiert: „Wir konnten nachweisen, dass Miat das sogenannte Spleißen der neuronalen mRNA kontrolliert, damit auch die Erzeugung neuer Nervenzellen. Wie genau das mechanisch funktioniert, wissen wir noch nicht.“

Das Mausmodell der Dresdner Wissenschaftler, das das exakte und sichtbare Nachverfolgen von Populationen der Stammzellen, deren Tochterzellen und neuen Nervenzellen sowie nicht-codierenden Erbsubstanzen erlaubt, ist ein bedeutender Fortschritt für die Stammzellforschung und die Entwicklung neuer Therapien für neurodegenerative Erkrankungen oder Verletzungen des zentralen Nervensystems.

MEDICA.de; Quelle: DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden