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Einflüsse der Epigenetik auf die Hirnentwicklung

Gehirn im Schwebezustand Einflüsse der Epigenetik auf die Hirnentwicklung

Wissenschaftler des CNMPB, MPIBPC und DZNE beschreiben den molekularen Mechanismus, der umfassende epigenetische Programme in der Hirnentwicklung kontrolliert. Dabei ist es ihnen gelungen, die Rolle eines Multiproteinkomplexes erstmals genauer zu untersuchen.

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Funktion des BAF-Komplexes in der Entwicklung des Vorderhirns

Quelle: EF

Göttingen. Die Bildung von Nervenzellen, die sogenannte Neurogenese, läuft beim Menschen und allen anderen Säugern während der Hirnentwicklung auf Hochtouren und ist dann so gut wie abgeschlossen. Allein im Vorderhirn entstehen auch im erwachsenen Gehirn noch neue Nervenzellen. Schlüsselmechanismen der Neurogenese sind die sogenannte Epigenetik und der Umbau der Chromatin-Struktur. Sie kontrollieren die Expression von Genen und fördern die Differenzierung von Nervenzellen aus Vorläuferzellen, den neuronalen Stammzellen. Wie genau das Zusammenspiel von Epigenetik und Chromatin-Umbau die Differenzierung der Stammzellen reguliert, ist bisher noch wenig verstanden. Detailkenntnisse könnten helfen, Strategien zu entwickeln, um die Neubildung von Nervenzellen gezielt anzuregen. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Behandlung von Erkrankungen, bei denen das Gehirn geschädigt ist.

Wissenschaftlern des Exzellenzclusters und des DFG-Forschungszentrums für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie (MPIBPC) und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) Göttingen haben erstmals die Rolle des BAF-Multiproteinkomplexes genauer untersucht. Dieser Komplex ist in der Entwicklung des Vorderhirns entscheidend daran beteiligt, dass sich neuronale Stammzellen zu Nervenzellen entwickeln. Die Ergebnisse liefern erste Belege dafür, dass es einen molekularen Mechanismus gibt, in dem der BAF-Komplex zentral umfassende epigenetische und Genexpressionsprogramme kontrolliert.

Chromatin-Umbau

Quelle: EF

Der BAF-Komplex aktiviert nicht selbst Genexpressionsprogramme. Vielmehr nimmt er Einfluss, indem er Abschaltmechanismen in neuronalen Zellen blockiert. Damit während der Hirnentwicklung Programme zur Bildung von Nervenzellen schnellst möglich aktiviert werden können, werden bestimmte Gene in einer Art Schwebezustand gehalten. Maßgeblich kontrolliert wird dieser Zustand durch die Präsenz epigenetischer Marker, die die Prozesse fördern oder unterdrücken. Während der Entwicklung agiert der BAF-Komplex mit diesen Markern und unterstützt das Umschalten von Schwebezustand zu aktiviertem Zustand und initiiert so den Chromatin-Umbau.

Der BAF-Multiproteinkomplex ist in der Hirnentwicklung das zentrale Steuerelement für die Aktivierung von Programmen, die zur Neubildung von Nervenzellen führen. Seine Anlagerung an bestimmte Abschnitte des Genoms initiiert den Umbau der Chromatin-Struktur. Dabei wird inaktives, kondensiertes Chromatin (Heterochromatin) in die locker gepackte aktive Form (Euchromatin) umgewandelt. Die für die neuronale Differenzierung notwendigen Gene werden dadurch für bestimmte Transkriptionsfaktoren zugänglich und können an- oder abgeschaltet werden.

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