Gehirn: Protein schaltet auf Zuwachs

29. April 2013
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Während der fetalen Entwicklung wird die Großhirnrinde stark vergrößert und gefaltet. Wissenschaftlern gelang es nun, das Schlüsselprotein zu identifizieren, das sich für diesen Vorgang verantwortlich zeichnet.

Verschiedene Gehirnregionen haben unterschiedliche Aufgaben und müssen, je nach Anforderung, spezifisch erweitert werden. Im Vorderhirn der Säugetiere etwa ist die Großhirnrinde – die für alle kognitiven Leistungen verantwortlich ist – meist stark gefaltet und vergrößert. Je mehr Falten und Furchen vorhanden sind, desto größer ist die Oberfläche und desto besser kann das Gehirn Informationen aufnehmen und verarbeiten. Beim Menschen ist ungefähr bis zum sechsten Schwangerschaftsmonat die Hirnoberfläche des Fetus weitgehend glatt, erst danach setzt die Faltung ein.

“Welche Mechanismen die Vergrößerung und Auffaltung des Gehirns im Lauf der fetalen Entwicklung auslösen, war bisher völlig unbekannt”, sagt Professor Magdalena Götz, Lehrstuhlinhaberin am Physiologischen Institut der Ludwig-Maximilians-Universität München und Direktorin des Instituts für Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München. Mit ihrem Team konnte Götz nun im Mausmodell zum ersten Mal den entsprechenden molekularen Mechanismus identifizieren: Verantwortlich ist das neue Kernprotein Trnp1, das eine enorme Vermehrung von Nervenzellen der Großhirnrinde auslöst – und sogar bei Mäusen, die normalerweise glatte, ungefaltete Gehirne aufweisen, das Gehirn in Falten legt.

Trnp1-Konzentration entscheidet zwischen Ausdehnung und Faltung

“Trnp1 ist ein Schlüsselprotein für die Vergrößerung und Auffaltung der Großhirnrinde und wird während der Entwicklung dynamisch kontrolliert”, sagt Götz. In den frühen Phasen der Entwicklung ist die Trnp1-Konzentration hoch. Dies sorgt dafür, dass sogenannte radiale Gliazellen gefördert werden, wodurch die Ausdehnung bestimmter Gehirnregionen vergrößert wird. Später wird die Trnp1-Konzentration in diesen Regionen vermindert. In der Folge wird die Bildung verschiedener Vorläuferzellen und Stützzellen angeregt – dadurch ordnen sich besonders viele neu gebildete Nervenzellen in einer gefalteten Struktur an.

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Developing forebrain © Tessa Walcher

Dieser molekulare Mechanismus ist besonders interessant, weil sowohl die Vergrößerung als auch die Auffaltung des Gehirns von demselben Molekül – Trnp1 – kontrolliert werden. Trnp1 stellt daher einen viel versprechenden Ansatzpunkt dar, um die zellulären und molekularen Mechanismen dieser komplexen Prozesse weiter zu untersuchen – eine Aufgabe, der sich auch Götz mit ihrem Team weiter widmen wird. Insbesondere wollen die Wissenschaftler die Regulation und die molekulare Funktionsweise des Proteins untersuchen.

Originalpublikation:

Trnp1 regulates expansion and folding of the mammalian cerebral cortex by control of radial glial fate

Magdalena Götz et al. Cell, doi: 10.1016/j.cell.2013.03.027; 2013

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Medizin, Neurologie

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