Foto: Kalebic / Gilardi / MPI-CBG

Menschliches Gen vergrößert im Experiment Gehirn von Frettchen

9. Jänner 2019, 09:00

Human-spezifisches Gen ARHGAP11B führt beim Frettchen zu Faltung der Großhirnrinde. Ob es bei dem Tier auch die kognitive Leistungsfähigkeit steigert, ist unklar.

Dass das menschliche Gehirn aussieht wie eine Walnuss, ist ihrer äußeren Schicht, der Großhirnrinde, zu verdanken. Als sich der Neocortex, der evolutionär jüngste Teil unseres Denkapparates, in den vergangenen Jahrmillionen entwickelte, ging ihm in der menschlichen Schädelhöhle schnell der Platz aus und musste sich entsprechend falten, um hineinzupassen.

Wie es dazu kam, dass er in verhältnismäßig kurzer Zeit so groß geworden ist, könnte in Genen liegen, die nur dem Menschen eigen sind, wie beispielsweise das Gen ARHGAP11B. Eine entsprechende Bestätigung dafür fanden nun Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden bei Experimenten mit Frettchen. Es zeigte sich, dass eine Aktivierung dieses Gens bei der Iltisart eine Vergrößerung des Neokortex bewirken kann.

Gefaltete Mäusehirne

Der menschliche Neokortex ist etwa dreimal so groß wie der unserer nächsten Verwandten, der Schimpansen, und ist der Sitz vieler höherer kognitiver Funktionen, wie unsere Sprache oder die Fähigkeit zu lernen. Eine Schlüsselfrage ist, wie während der Evolution des Menschen der Neocortex so groß wurde. In einer Studie aus dem Jahr 2015 hatte das Forscherteam um Wieland Huttner vom MPI-CBG festgestellt, dass Mäuse unter dem Einfluss des human-spezifischen Gens ARHGAP11B im embryonalen Neokortex viel mehr neuronale Vorläuferzellen produzieren und sogar ihren normalerweise glatten Neokortex falten können. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass das Gen ARHGAP11B eine Schlüsselrolle bei der evolutionären Expansion des menschlichen Neokortex spielen könnte.

Es gibt zwei Arten von neuronalen Vorläuferzellen im Neokortex von Säugetieren: apikale und basale. Ein bestimmter Typ der letzteren, die sogenannten basalen radialen Gliazellen, sind eine Hauptursache für das Wachstum des Neokortex während der embryonalen Entwicklung. Mäuse besitzen nur sehr wenige dieser Zellen. Daher sind die Nager ungeeignet, um zu untersuchen, ob das human-spezifische Gen ARHGAP11B durch seine Wirkung auf basale radiale Gliazellen tatsächlich eine Vergrößerung des Neokortex bewirken kann.

Vergrößerter Neokortex bei Frettchen

Eine Forschergruppe um Huttner untersuchte nun, was ARHGAP11B im Gehirn von Frettchen (Mustela putorius furo) bewirken würde. Frettchen haben einen größeren Neokortex als Mäuse und besitzen daher auch mehr basale radiale Gliazellen. Nereo Kalebic, Erstautor der im Fachjournal "eLife" veröffentlichten Studie erklärt, was er dabei beobachten konnte: "Bei Frettchen hat ARHGAP11B die Anzahl der basalen radialen Gliazellen deutlich erhöht. Es verlängerte auch das Zeitfenster, in dem die basalen radialen Gliazellen Neurone produzierten. Infolgedessen enthielten diese Frettchen-Hirne mehr Neurone und hatten somit einen größeren Neokortex."

Diese Resultate deuten darauf hin, dass ARHGAP11B eine ähnliche Rolle bei der Entwicklung des menschlichen Gehirns spielen könnte. Die Studie liefert auch den ersten Beweis dafür, dass ein human-spezifisches Gen die Bildung von mehr basalen radialen Gliazellen in einem gefalteten Neokortex auslösen kann.

"Wir müssen weitere Experimente durchführen, um herauszufinden, ob die Frettchen mit einem größeren Neokortex auch eine verbesserte kognitive Leistungsfähigkeit aufweisen", meint Huttner. "Wenn ja, könnten solche Studien neue Einblicke in die menschliche Kognition ermöglichen." (red, 9.1.2019)