DNA-Methylierung: Code für Gedächtnisinhalte?

8. Januar 2016
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Die Entstehung von Erinnerungen geht mit einer veränderten Aktivität spezieller Gene einher. Es gibt neue Belege, dass die DNA-Methylierung möglicherweise die molekulare Grundlage des Langzeitgedächtnisses bildet. Ansatzpunkte für Therapieverfahren gegen die Alzheimerdemenz.

Grundsätzlich geht man davon aus, dass das Gehirn Erlebnisse abspeichert, indem Verbindungen zwischen Hirnzellen verändert werden. Auf dieser Plastizität beruhen demnach das Gedächtnis und die Gabe zum Lernen. Auf molekularer Skala werden diese Veränderungen durch Anpassungen in der Expression spezieller Gene vermittelt, die je nach Bedarf die Kopplung zwischen den Hirnzellen verstärken oder abschwächen.

In einer aktuellen Studie untersuchte ein DZNE (Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen)-Forscherteam um Dr. Stefan Bonn und Prof. André Fischer aus Göttingen, gemeinsam mit Kollegen des DZNE-Standorts München, wie die Aktivität solcher Gene reguliert wird. Die Wissenschaftler stimulierten das Langzeitgedächtnis von Mäusen, indem sie die Tiere darauf trainierten, eine bestimmte Versuchsumgebung wiederzuerkennen. Anhand von Gewebeproben konnten die Forscher nachvollziehen, wie sich durch diese Lernaufgabe die Aktivität der Gene in den Hirnzellen der Mäuse veränderte. Der Fokus richtete sich dabei auf epigenetische Modifikationen.

Epigenetische Veränderungen

„Die Zelle nutzt verschiedene Mechanismen, um Gene an- oder auszuschalten, ohne dass sich die DNA-Sequenz dabei verändert“, erläutert Dr. Magali Hennion, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Team von Stefan Bonn. Prinzipiell kann die Genregulation über eine Methylierung geschehen, wodurch das Rückgrat der DNA an spezifischen Stellen chemisch markiert wird. Ebenfalls möglich sind Veränderungen an den Histonen.

Hennion: „In Hinblick auf das Gedächtnis steht die Erforschung epigenetischer Veränderungen erst am Anfang. Wir schauen uns solche Merkmale an, nicht nur um das Gedächtnis besser zu verstehen. Wir suchen auch nach möglichen Ansatzpunkten für Medikamente, die einem Gedächtnisverfall entgegenwirken könnten. Letztlich geht es also um Therapien gegen Alzheimer und ähnliche Hirnerkrankungen.“

Ein Code für Gedächtnisinhalte?

Im Rahmen der aktuellen Studie konnten die Forscher sowohl Modifikationen an den Histonen als auch an der Methylierung der DNA feststellen. Veränderungen der Histone hatten jedoch nur geringe Auswirkung auf die Aktivität für die Neuroplastizität wichtiger Gene. Des Weiteren entdeckten Bonn und seine Kollegen epigenetische Modifikationen nicht nur an Nervenzellen, sondern auch in nicht-neuronalen Zellen des Gehirns.

„Welche Bedeutung nicht-neuronale Zellen für das Gedächtnis haben, ist eine spannende Frage, die wir weiter verfolgen werden“, sagt André Fischer. „Des Weiteren deuten unsere Beobachtungen darauf hin, dass die Neuroplastizität maßgeblich von der Methylierung der DNA gesteuert wird. Das ist zwar keine neue These, doch unsere Studie hat in bislang unerreichtem Umfang dafür Belege gefunden. Demnach ist die Methylierung möglicherweise ein wichtiger molekularer Baustein des Langzeitgedächtnisses. Sie wäre dann eine Art Code für Gedächtnisinhalte und könnte somit neue Ansatzpunkte für Therapieverfahren gegen Alzheimerdemenz liefern. Diesen Aspekt wollen wir in weiteren Studien gezielt untersuchen.“

Originalpublikation:

DNA methylation changes in plasticity genes accompany the formation and maintenance of memory
Rashi Halder et al.; Nature Neuroscience, doi: 10.1038/nn.4194; 2015

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Medizin, Neurologie, Psychiatrie

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1 Kommentar:

Juergen Schwertner
Juergen Schwertner

Sind mit nicht-neuronalen Zellen die Astrozyten gemeint und der Stoffwechselweg über das Membranprotein Connexin 30?
Nebenbei, Astrozyten sind doch längst bekannt mit den Neuronen in synaptischer Kommunikation zu stehen!?
Jürgen Schwertner

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