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"Mini-Hirne" geben Einblick in Hirnentwicklung bei Mensch und Affe

22.10.2019

Kleine, hirnähnliche Klumpen aus Nervenzellen haben neue Einblicke in die Evolution der Unterschiede zwischen Menschen- und Affengehirnen geliefert. Diese "Mini-Hirne" zeigten beispielsweise, dass sich das menschliche Gehirn offenbar langsamer entwickelt.

Seit sie sich von einem gemeinsamen Vorfahren weiterentwickelt haben, sind die Gehirne von Menschen und Menschenaffen sehr verschiedene Wege gegangen. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der ETH Zürich und des Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel (IOB) ging der Frage nach, wie es zu diesen Unterschieden gekommen ist. Von ihren Ergebnissen berichteten sie kürzlich im Fachblatt "Nature".

Evolution des Hirns an Zellhaufen studiert

Mithilfe von in Kulturschalen gezüchteten Nervenzellhaufen (Organoide), die Gehirnen in einem frühen Entwicklungsstadium ähneln, studierten die Forscher die Evolution der frühen Hirnentwicklung und verglichen zwischen Menschen und Affen.

Das Team, zu dem auch Barbara Treutlein von der ETH und Gray Camp vom IOB zählen, ließ umprogrammierte menschliche Stammzellen in der Kulturschale zu solchen "Mini-Gehirnen" differenzieren und beobachtete sie über vier Monate. Parallel verwendeten die Wissenschafter auch Schimpansen- und Makakenzellen und verglichen die Entwicklung dieser Organoide.

Schnellere Entwicklung beim Affen

Die "Mini-Hirne" aus Affenzellen entwickelten sich demnach schneller als die menschlichen Organoide. "Das deutet darauf hin, dass die menschliche neuronale Entwicklung langsamer stattfindet als in den anderen beiden Primaten", erklärte Treutlein in einer Aussendung der Max-Planck-Gesellschaft.

Zudem entdeckten die Forscher bei den menschlichen Organoiden, dass Gene in anderen Zusammensetzungen und Mengen abgelesen wurden als bei den Affen-Organoiden. Möglicherweise hängen diese unterschiedlichen Gen-Expressionsmuster mit bestimmten Mutationen zusammen, die alle heute lebenden Menschen gemeinsam haben, hieß es in der Mitteilung.

Manche davon könnten die Bindung von Proteinen (sogenannte Transkriptionsfaktoren) an die DNA verändert haben, die wiederum steuern, wie stark gewisse Gene abgelesen werden, erläuterte Gray Camp vom IOB Basel. Dies könnte die unterschiedlichen Expressionsmuster erklären.

Die Daten sollen als Basis für die weitere Erforschung der Dynamik der Genregulation während der frühen Hirnentwicklung dienen. Insbesondere sollen sie helfen, Einblicke in die Unterschiede zwischen sich entwickelnden Menschen- und Affengehirnen zu gewinnen.

Service: Fachartikellink: www.nature.com/articles/s41586-019-1654-9

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