Schlüsselregulator der Gehirnentwicklung entdeckt

Wien (OTS) - Stammzell-Forscher am Wiener Institut für molekulare Biotechnologie (IMBA) haben einen zentralen Mechanismus der Gehirnentwicklung entschlüsselt. Sie können nun erklären, wie Stammzellen sich zu Nervenzellen entwickeln und gleichzeitig der Stammzellvorrat erhalten bleibt.

Einer der faszinierendsten Vorgänge im Lauf der Entwicklung von Mensch und Tier ist die Ausbildung des Nervensystems. Beim menschlichen Embryo entstehen um den 20. Tag nach der Befruchtung erste Vorläufer von Nervenzellen. Diese vermehren sich zunächst durch wiederholte Teilungen in immer gleiche Tochterzellen. Etwa am 26. Tag setzt eine deutliche Spezialisierung ein, es entstehen erste Nervenzellen. Am Höhepunkt der Gehirnentwicklung werden unfassbare 250 000 neue Nervenzellen pro Minute gebildet. Dieser Vorgang, die Entstehung hoch spezialisierter Zellen aus undifferenzierten Stammzellen, ist eines der zentralen Elemente der Entwicklung und zugleich eines der spannendsten Rätsel der Biologie.

Der Neurobiologe Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften fand bereits vor drei Jahren einen ersten Schlüssel zum Verständnis dieses Phänomens. In Gehirnen von Fliegen identifizierte er das Protein Brat, das bei der Teilung von Nerven-Stammzellen immer nur an eine der beiden Nachkommen vererbt wird und damit deren Spezialisierung besiegelt. Die andere Tochterzelle, die aus dieser asymmetrischen Teilung hervorgeht, behält ihren Stammzellcharakter und kann sich weiterhin unbegrenzt teilen. Mutationen im Brat-Gen führen durch ungezügelte Stammzellvermehrung zu tödlichen Tumoren im Fliegenhirn.

Ob der Mechanismus der asymmetrischen Zellteilung bei Säugetieren auf ähnliche Weise reguliert ist, war bis vor kurzem unbekannt. Nun gelang Jürgen Knoblich und seinem Team die Entdeckung eines Brat-ähnlichen Faktors bei Mäusen. Das Protein mit dem Namen TRIM32 regelt im entstehenden Mäusehirn die sensible Balance zwischen Zellteilung und -differenzierung.

Die neuen Erkenntnisse, die die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Cell vorstellen, werden auch zum Verständnis der Gehirnentwicklung beim Menschen beitragen. Sie sind aber noch aus einem anderen Grund bemerkenswert. Auf der Suche nach dem Wirkmechanismus von TRIM32 stießen die Forscher auf mikro-RNAs. Diese kleinen Steuermoleküle wurden erst vor wenigen Jahren entdeckt und waren kurz darauf bereits nobelpreiswürdig. Sie greifen auf vielfältige Weise in die Regulierung des Zellstoffwechsels ein und sind derzeit eines der aufregendsten Forschungsgebiete in der Molekularbiologie. Mindestens die Hälfte aller Gene, so schätzen Wissenschaftler, werden durch mikro-RNAs reguliert. Mit TRIM32 ist nun erstmals ein Protein gefunden worden, das seinerseits mikro-RNAs reguliert.

"Unsere Entdeckung wird der bereits jetzt äußerst dynamischen Forschung mit mikro-RNAs einen weiteren kräftigen Schub verleihen", ist Jürgen Knoblich überzeugt. Auch eine konkrete Anwendung seiner Erkenntnisse kann er sich bereits vorstellen. Werden Stammzellen im Labor kultiviert, etwa zu therapeutischen Zwecken, so könnte die Unterdrückung des Faktors TRIM32 eine besonders reiche Stammzell-Ausbeute bewirken.

Und schließlich könnte die Entwicklung von Nervenzellen uns alle noch etwas angehen. Weiß man doch seit etwa zwei Jahren, dass auch im Gehirn erwachsener Menschen noch Nerven-Stammzellen schlummern. Ob und wodurch diese angeregt werden können, neue Nervenzellen zu bilden, wird eine der nächsten spannenden Fragen in der Neurobiologie sein.

Die Arbeit "The Brat homolog TRIM32 prevents self-renewal in neural progenitors by degrading c-Myc and activating micro-RNAs" (Schwamborn et al.) erscheint am 6. März in der Zeitschrift Cell.

Jürgen Knoblich

Jürgen Knoblich wurde 1963 in Memmingen, Deutschland, geboren. Er studierte Biochemie in Tübingen und London. Nach seiner Promotion 1994 wechselte er nach San Francisco, um im Labor von Yuh Nung Yan Erfahrung als Postdoc zu sammeln. Seit 2004 ist Jürgen Knoblich Senior Scientist und stellvertretender Direktor am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seine Forschungsarbeiten erbrachten wesentliche Erkenntnisse auf dem Gebiet der Entwicklungsbiologie und der Tumorstammzellen.

IMBA

Das IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kombiniert Grundlagen-und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin. Interdisziplinär zusammengesetzte Forschergruppen bearbeiten funktionsgenetische Fragen, besonders in Zusammenhang mit der Krankheitsentstehung. Ziel ist es, das erworbene Wissen in die Entwicklung innovativer Ansätze zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten einzubringen.

IMP- IMBA Research Center

Zwischen dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP), das 1988 von Boehringer Ingelheim gegründet wurde, und dem seit 2003 operativen Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA) wurde eine enge Forschungskooperation vereinbart. Unter dem Namen "IMP-IMBA Research Center" greifen die beiden Institute auf eine gemeinsame Infrastruktur im wissenschaftlichen und administrativen Bereich zu. Die beiden Institute beschäftigen insgesamt etwa 400 Mitarbeiter aus 30 Nationen und sind Mitglied des Campus Vienna Biocenter.

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