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News: Gehirnzellen erinnern sich ihrer Kinderstube

Für ein leistungsfähiges Gehirn ist eine ganzes Sammelsurium unterschiedlichster Nervenzellen, plus entsprechender Begleitzellen, nötig. Doch ihr Ursprung, die Mutterzelle, ist bei allen gleich. Welcher Zelltyp als erste, zweite und folgende Tochterzelle das Licht der Welt erblickt, bestimmt die zeitliche Abfolge spezieller DNA-bindender Proteine. Dies prägt das Gedächtnis der jungen Nervenzellen dauerhaft und beeinflusst ihre zukünftige Platzwahl im sich entwickelnden Gehirn.
Um Millionen arbeitswilliger Gehirnzellen hervorzubringen, muss ein sich entwickelndes Gehirn auf Hochtouren neue Zellen produzieren. Diese Fließbandarbeit erledigen nur gering differenzierte Vorläuferzellen – die so genannten Neuroblasten. Im Akkord entlassen sie Tochterzellen, die sich jedoch nicht ähneln wie ein Ei dem anderen, sondern sich deutlich voneinander abheben. Welchen zukünftigen Platz im sich entwickelnden Hirn eine Nervenzelle einmal einnehmen wird, bestimmt die Reihenfolge ihrer Geburt. Eine Erstgeborene etwa hat andere Aufgaben zu erledigen als die nachfolgenden Zellen.

Doch wie merken sich die Zellen ihren "Geburtstermin" und die darin enthaltene Information? Dieser Frage ging Chris Doe mit seinen Kollegen von der University of Oregon anhand der Taufliege Drosophila melanogaster nach. Sie galt in den Augen der Forscher als ideales Untersuchungsobjekt, da über die zeitliche Abfolge der Zellgeburten schon einige Daten vorlagen. So waren etwa einige Transkriptionsfaktoren, neuronale Botenstoffe und andere Genprodukte schon einem bestimmten Zeitpunkt der Zellentstehung zugeordnet. Anhand dieser Faktoren ließ sich genau feststellen, ob es sich bei der neugeborenen Zelle um ein frühes, mittleres oder spätes Neuron handelte.

Bei ihren Experimenten fiel den Forschern die Bildung von vier Transkriptionsfaktoren – DNA-bindende Proteine, welche die Genaktivität beeinflussen – zu festgelegten Zeitpunkten auf. Zuerst erschien immer der Faktor namens hunchback, gefolgt von Krüppel, pdm und castor, und das immer in der gleichen Reihenfolge. Welches Schicksal eine frischgeborene Nervenzelle später im komplexen Gehirn spielen würde, bestimmt allein der Zeitpunkt ihrer Reifung. Bildete sich die Tochterzelle, wenn die Mutterzelle gerade den Transkriptionsfaktor hunchback herstellte, so prägte sie dies ein Leben lang. Der hunchback-Status würde ihr für immer anhaften.

Offensichtlich scheint diese Methode erfolgreich gewesen zu sein, denn alle Neuroblasten nutzen nach den Ergebnissen von Doe die gleiche Abfolge von Transkriptionsfaktoren, um ihren Tochterzellen ein Gedächtnis einzuprägen. Nun, wessen Weg sich die Taufliege bedient, muss in Menschen noch lange keine Parallele haben. Doch für den klinischen Einsatz neuronaler Stammzellen könnte deren Entwicklungszustand weitreichende Auswirkungen haben. Haben sie erstmal einen zeitlichen Rahmen überschritten, können sie vielleicht nicht mehr alle Aufgaben erfüllen. Doch könnten die Forscher den einen oder anderen Transkriptionsfaktor austauschen, wären die Nervenzellen eventuell auch wieder so unbelastet, dass sie alle erwünschten Arbeiten erledigen könnten. Auch den Ersatz verlorener Zellen etwa bei der Parkinson-Krankheit.

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