Gen-Fragmente steuern Entwicklung des Hirns

14. April 2015, 16:41
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Forscher konnten nachweisen, dass die bruchstückhafte Abschrift eines Gens die Hirnzellen reifen lässt

Marburger Biochemiker untersuchten die Produkte eines Gens, das in Hirnzellen aktiv ist: Das sogenannte Ube3a. "Wir haben eine Funktion von Ube3a gefunden, die unabhängig von dem Protein ist, dessen Bauplan das Gen enthält", erklärt Studienleiter Gerhard Schratt vom Institut für Physiologische Chemie am Fachbereich Medizin der Philipps-Universität. Autistische Patienten weisen dem Experten zufolge mit erhöhter Wahrscheinlichkeit mehr Kopien des Gens als üblich auf.

Wird ein Gen in ein Protein umgesetzt, so bildet die Zelle zunächst eine Abschrift. - "So als würde man ein Rezept aus einem Kochbuch abschreiben", sagt Biochemiker Schratt. Die Zelle nutzt dieses sogenannte RNA-Transkript als Bauplan für das Protein.

Die RNA-Transkripte von Ube3a liegen in verschiedenen Versionen vor. Sie kommen dadurch zustande, dass die zelluläre Maschinerie unterschiedliche Abschnitte der RNA zusammenfügt. Das Ergebnis kann die gesamte Bauanleitung des Ube3a-Proteins umfassen (Transkript Ube3a2/3), aber auch verkürzt sein (Ube3a1).

Abgewandelte Dendriten und Dornen

Welche Aufgaben die verschiedenen Varianten erfüllen, war bislang unklar. Die Forscher untersuchten, welche Funktion das verkürzte Ube3a1-Transkript in Hirnzellen hat, die neuronale Schaltkreise bilden. Wie das Team herausfand, kommt Ube3a1 in den Zellfortsätzen vor, die zur Vernetzung dienen, den sogenannten Dendriten. Fehlt die RNA, so kommt es zum ungebremsten Wachstum von Dendriten, außerdem verzögert sich die Reifung der dendritischen Dornen.

Dabei handelt es sich um charakteristische Ausstülpungen, an denen die meisten Synapsen enden. Die Folge ist eine gestörte Kommunikation zwischen den Nervenzellen. "Junge Nervenzellen enthalten nur geringe Mengen der Ube3a1-RNA, im Gegensatz zum Ube3a-Protein. Das erlaubt das Wachstum der Zellfortsätze, während es die vorzeitige Reifung von Dornen verhindert", erläutert Studienleiter Gerhard Schratt.

Steigern die Nervenzellen ihre Aktivität, so steigt die Ube3a1-Konzentration, wodurch die Zellen ihre Entwicklung umstellen: Vom Dendritenwachstum zur Reifung der Dornen. "Autistische Patienten weisen häufig Neuronen auf, deren Dendriten und Dornen abgewandelt sind", erklärt Schratt. "Möglicherweise liegt dies daran, dass der Ube3a1-Gehalt in diesen Zellen bereits in der frühen Entwicklung hoch ist, zum Beispiel aufgrund überzähliger Genkopien", ergänzt der Experte. (red, derStandard.at, 14.4.2015)

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