Neu entdecktes Gen schaltet Reparatur von Nervenzellen ein

27. November 2012, 14:32
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Forscher finden Auslöser für Regenerations-Mechanismus bei Zebrafischen - Mögliche Basis für neue therapeutische Ansätze bei Verletzungen des Gehirns

Erleidet ein menschliches Gehirn schwerwiegende Verletzungen, dann können sich praktisch keine zerstörten Nervenzellen mehr neu bilden, so dass die betroffenen Gehirnareale dauerhaft geschädigt bleiben. Andere Wirbeltiere, darunter etwa Fische, verfügen dagegen sehr wohl über einen Mechanismus, der zur Entstehung neuer Nervenzellen führt und damit schwere Schäden reparieren kann. Forscher von der TU Dresden haben nun ein Gen identifiziert, dass die Regeneration von Nervenzellen bei Zebrafischen nach Gehirnverletzungen steuert. Das Gen fungiert als Schalter, der umgelegt werden muss, damit die Zellneubildung eingeleitet werden kann.

Schritt für Schritt entschlüsselt die Arbeitsgruppe des Dresdner Entwicklungsbiologen Professor Michael Brand, wie erwachsene Zebrafischgehirne nach einer Verletzung regenerieren können - eine phantastische Fähigkeit, die Gehirne von Säugetieren leider nicht besitzen: Im ersten Schritt konnten die Forscher zeigen, dass selbst schwerwiegende Gehirnverletzungen in erwachsenen Zebrafischen nicht zu einer chronischen Narbenbildung führen, im Gegensatz zum Menschen. Darüber hinaus konnten sie erstmals die Stammzellen identifizieren, die für die Regeneration von Nervenzellen im Zebrafischgehirn verantwortlich sind.

Im November 2012 wies die Dresdner Arbeitsgruppe bereits nach, dass Entzündungsreaktionen beim Zebrafisch notwendig sind, damit verlorene Nervenzellen nach Gehirnverletzungen durch die Aktivierung der neuralen Stammzellen ersetzt werden können. Dies war ein überraschendes Ergebnis, da seit Jahrzehnten in der Medizin darüber diskutiert wird, ob die Reaktion des Immunsystems nach Verletzungen des zentralen Nervensystems eher den Heilungsprozess fördert oder diesen verhindert. Welches Gen den Regenerationsprozess im Fischgehirn startet, hat die Arbeitsgruppe in einer Forschungsarbeit beschrieben, die aktuell in dem amerikanischen Magazin "Developmental Cell" publiziert wurde.

Verletzung aktiviert Regenerations-Gen

Systematisch wurde auf molekularer Ebene nach Genen gesucht, die nach Gehirnverletzungen angeschaltet werden. "Gata3 ist ein sogenannter Transkriptionsfaktor", erläutert Michael Brand. "Es handelt sich um ein Protein, das quasi als Hauptschalter funktioniert und sehr viele andere Gene im Regenerationsprozess steuert. Es steht am Beginn einer Kaskade von molekularen Abläufen und ist für Neubildung von Nervenzellen im Zebrafischgehirn essentiell." Wurde Gata3 hingegen blockiert, war eine Regeneration der Nervenzellen nicht möglich. Die Wissenschafter konnten unterm Mikroskop beobachten, dass Gata3 früh nach einer Verletzung des Gehirns angeschaltet wird, um den Neubildungsprozess von Nervenzellen zu starten. Im gesunden Gehirn ist es hingegen inaktiv.

"Dieses Gen hat verschiedene Funktionen", fand Caghan Kizil, Wissenschafter in der Dresdner Arbeitsgruppe von Professor Brand, heraus. Zum einen steuert Gata3 in den neuronalen Stammzellen nach Verletzungen im Fischgehirn die Zellteilung. Es schafft somit eine direkte Verbindung zwischen der Verletzung und der Zellneubildung. Zum anderen wirkt das Protein Gata3 auch in neugebildeten Nervenzellen. Es steuert die Migration, das heißt, es gibt das Signal, damit sich die neugebildeten Nervenzellen innerhalb des Zebrafischgehirns an die verletzte Stelle überhaupt hinbewegen, wo sie dann die zerstörten Areale ersetzen.

Heilung für Herz und Flosse

Darüber hinaus konnten die Dresdner Forscher zeigen, dass Gata3 nicht nur das Starter-Gen bei der Regeneration von Nervenzellen, sondern auch bei der Regeneration von Zellen nach Herz- sowie Flossenverletzungen ist. Gata3 spielt also beim Zebrafisch eine zentrale Rolle bei der Regenerationsfähigkeit verschiedener Organe.

Aufgrund ihrer gemeinsamen evolutionären Abstammung sind Gene und molekulare Mechanismen zwischen Fisch und Mensch hoch konserviert. Als Modellorganismus ist der Fisch deshalb sehr gut geeignet, neben genetischem Basiswissen auch mehr über menschliche Krankheiten herauszufinden. Das Wissen um die Mechanismen der Selbstheilung bei Zebrafischen könnte deshalb in Zukunft dazu beitragen, neue therapeutische Ansätze bei Krankheiten und Verletzungen des Gehirns zu entwickeln. (red, derStandard.at, 27.11.2012)

  • Im Vorderhirn ausgewachsener Zebrafische befinden sich die Zellen, in 
denen das Gen Gata3 (rot) angeschaltet ist, sowohl direkt am 
Gehirnventrikel als auch in tieferen 
Gehirnschichten (Bereich der Nervenzellen, grün). Die neugebildeten 
Zellen sind markiert und zeigen, dass sich viele der Gata3-positiven 
Zellen vor kurzem geteilt haben (cyan).
    foto: kizil und brand

    Im Vorderhirn ausgewachsener Zebrafische befinden sich die Zellen, in denen das Gen Gata3 (rot) angeschaltet ist, sowohl direkt am Gehirnventrikel als auch in tieferen Gehirnschichten (Bereich der Nervenzellen, grün). Die neugebildeten Zellen sind markiert und zeigen, dass sich viele der Gata3-positiven Zellen vor kurzem geteilt haben (cyan).

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