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Transposonen: Vielseitige Neurone durch hüpfende Gene

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Transposonen – die halb korrekt unter der Bezeichnung "springende Gene" vertrauten, beweglichen genetischen Elemente im Erbgut höherer Organismen – sind in ganz bestimmten Zellen des Nervensystems deutlich aktiver als in anderen. Dies ist womöglich kein Zufall, sondern hat Methode, meint ein Team von Neurobiologen um Scott Waddell von der University of Oxford: Offenbar fahren einige Neurone Mechanismen gezielt herunter, die in anderen Zellen ein Herumhüpfen der Transposonen vorsichtshalber dämpfen. Dadurch können zwar zufällige genetische Schäden in diesen Zellen häufiger auftreten – gleichzeitig aber erhöhen sich Vielfältigkeit und Potenzial, was für bestimmte neuronale Funktionen entscheidend sein dürfte.

Die Forscher machten ihre Entdeckung in Taufliegen-Hirnzellen, die für eine besonders wichtige und anspruchsvolle Gedächtnisleistung der Tiere verantwortlich sind: den Neuronen des Pilzkörpers im Insektenhirn, einer Struktur, in der Gerüche verarbeitet und abgespeichert werden. Waddells Team fiel nun auf, dass nur in einer von vier unterschiedlichen Subtypen der Pilzkörperzellen – den alpha-beta-Neuronen – Transposon-Elemente sehr aktiv im Erbgut umherspringen.

Dies liegt offenbar daran, dass in dieser Subpopulation von Nervenzellen zwei Proteine nicht produziert werden, die die Transposonen sonst in Schach halten: Die Enzyme "Aubergine" und "Argonaute 3". Beide arbeiten mit speziellen kurzen RNA-Schnipseln, den Piwi- oder kurz piRNAs zusammen, um die Aktivität verschiedener Gene durch eine Art des RNA-Silencings zu unterbinden. Dabei wird die Boten-RNA der betroffenen Gene zerstört; vermutlich unterbinden die piRNAs mit Aubergine 3 und Argonaut gemeinsam den Sprung der Transposonen, indem sie die dafür nötige RNA-Zwischenstufe zerstören. Das bremst dann deren Verbreitung – oder eben nicht, wenn sie wie im Fall der alpha-beta-Neurone fehlen.

Der Ausfall der Transposon-Blockade bleibt jedenfalls nicht ohne Folgen für das Erbgut der alpha-Beta-Neurone, so die Forscher weiter. Die verschiedenen Transposonen springen dort offenbar besonders häufig speziell in neuronale Gene und ihre Regulationssequenzen, wie Vergleiche mit dem publizierten Drosophila-Erbgut und den neuen Sequenzen verschiedener alpha-Beta-Neurone zeigen. Ganz ähnliche Beobachtungen hat man bei Transposonen im Gehirn von Säugetieren und dem Menschen gemacht: Hier inserieren etwa die so genannten L1-Elemente in Hirnzellen häufig gerade in jene Gene, die für speziell von Neuronen produzierte Proteine kodieren.

Ursache wie Folge dieser Beobachtungen sind unbekannt, regen aber zu Spekulationen an. So könnte es sich für ein flexibles Nervennetzwerk wie den Pilzkörper der Insekten lohnen, neben streng regulierten Neuronen auch eine Subpopulation von extrem variablen Zellen zu unterhalten, wie die alpha-beta-Zellen. Diese würden dann unter dem formenden Einfluss der aktiven Transposonen in regelmäßigen Abständen neue Varianten mit einzigartigen Eigenschaften hervorbringen, was die Flexibilität des Systems erhöht. Womöglich resultieren daraus am Ende auch individuelle Unterschiede in der Reaktion von Fliegen auf verschiedene Gerüche, schlagen die Forscher vor.

15. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 15. KW 2013

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  • Quellen
Science 340, S. 91–93, 2013

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