F altung der Großhirnrinde: Identifizierung wichtiger Nervenzellen

Das menschliche Gehirn ist hoch entwickelt mit höheren Funktionen im Vergleich zu anderen Tieren, dank denen Menschen vermutlich besondere Fähigkeiten erworben haben. Einer der wichtigen Faktoren, die zur Entwicklung des Gehirns beitragen, ist der Gyrus1, die F alte auf der Oberfläche der Großhirnrinde2.

Die Großhirnrinde ist besonders wichtig für höhere Gehirnfunktionen. Die Großhirnrinde höherer Tiere, einschließlich des Menschen, hat viele F alten, die als Gyrus (Plural: "Gyri") bezeichnet werden. Durch den Erwerb des Gyrus im Verlauf der Evolution wurde es möglich, eine große Anzahl von Neuronen zu haben, und somit wurde eine große Entwicklung der Gehirnfunktionen erworben. Andererseits hat die Maus, ein weit verbreitetes Modelltier, ein Gehirn ohne Gyri. Dies hat es sehr schwierig gemacht, den Gyrus mit der Maus als Modelltier zu erforschen; daher ist die Erforschung des Gyrus stark zurückgeblieben.

Unsere Forschungsgruppe hat das Frettchen3 verwendet, ein höheres Säugetier, das ein Gehirn mit einem Gyrus hat, das dem menschlichen Gehirn ziemlich ähnlich ist. Unsere Gruppe hat eine Forschungstechnik für Frettchen entwickelt, über die in mehreren Artikeln berichtet wurde und die eine Analyse von Frettchen auf Genomebene ermöglicht. Unser Labor ist weltweit führend in der Forschung auf diesem Gebiet. Darüber hinaus ist es uns durch die Verwendung dieser Technik gelungen, ein Frettchenkrankheitsmodell zu entwickeln, das eine Beeinträchtigung des Gyrus zeigt, was unserer Meinung nach wesentlich zu genetischen Ansätzen für das Gehirn höherer Säugetiere beigetragen hat.

Durch die Verwendung des neuesten Genome Editing4-Tools, einer Art Gentechnik, ist es uns gelungen, ein bestimmtes Gen in der Großhirnrinde des Frettchens auszusch alten und einen der Mechanismen der Gyrusbildung aufzuklären.

1. Etablierung einer Technik zum Aussch alten eines bestimmten Gens in der Großhirnrinde des Frettchens unter Verwendung des neuesten Werkzeugs zur Genombearbeitung

   Uns ist es gelungen, eine Technik zum Aussch alten jedes Gens in der Großhirnrinde des Frettchens zu etablieren, indem wir CRISPR/Cas9, das neueste Werkzeug zur Genombearbeitung, und die Technik, die wir bisher entwickelt haben, um ein Gen in das Großhirn des Frettchens einzuführen, kombiniert haben Kortex. Diese neue Technik eröffnet einen Weg zu einer neuen Stufe der genetischen Erforschung des Gehirns höherer Säugetiere.

Gyrus-Beeinträchtigung durch Aussch alten des Gens Cdk5

Wir haben die oben erwähnte Technik angewendet, um ein Gen namens Cdk5 in der Großhirnrinde des Frettchens auszusch alten, und festgestellt, dass die Gyrusbildung beeinträchtigt war. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass Cdk5 ein wichtiges Gen für die Gyrusbildung ist.

• Wichtige Nervenzellen für die Gyrusbildung

  Wir suchten nach Neuronen, die eine wichtige Rolle bei der Gyrusbildung spielen, und fanden heraus, dass Neuronen in der oberen Hirnrinde essentiell waren. Dieser Befund ist weltweit der erste; Bisher war nicht bekannt, welche Neuronen im Gehirn eine wichtige Rolle bei der Gyrusbildung spielen würden.

Diese Ergebnisse der aktuellen Studie weisen darauf hin, dass Funktionen von Cdk5 in Neuronen der oberen Hirnrinde wichtig für die Bildung des Gyrus sind.

In dieser Studie hat unsere Forschungsgruppe einen der Mechanismen der Gyrusbildung aufgeklärt, indem sie eine Forschungstechnik für das Frettchengehirn entwickelt hat. Bis heute war die Gyrusbildung selten erforscht, daher ist diese Studie wirklich weltweit führend. Es wird erwartet, dass diese Studie einen Weg ebnen wird, um die Evolution des Gehirns bis hin zum menschlichen Gehirn aufzuklären, was zuvor mit Mäusen, einem weit verbreiteten Modelltier, recht schwierig war.

Darüber hinaus leiden Menschen, wenn auch selten, an Erkrankungen aufgrund einer Gyrusstörung, deren Pathogenese weitgehend unbekannt ist. Die neue Technik, die wir in dieser Studie entwickelt haben, wird voraussichtlich zur Aufklärung der Ätiologie verschiedener Krankheiten führen, einschließlich der oben genannten, die bei der Maus schwierig zu untersuchen waren.

Glossar

1. Gyrus

   Die F alte (Vorwölbung) der Oberfläche der Großhirnrinde. Es wird angenommen, dass der Gyrus im Laufe der Evolution entstanden ist. Der Gyrus ermöglicht die Unterbringung einer großen Anzahl von Neuronen in der Großhirnrinde, was viel mit der Entwicklung höherer Gehirnfunktionen zu tun hat. Obwohl der Gyrus viel Aufmerksamkeit in der Forschung auf sich zieht, sind die Mechanismen seiner Entstehung noch weitgehend unbekannt.

2. Großhirnrinde

   Name der vorderen Hirnregion. Die menschliche Großhirnrinde ist im Vergleich zu anderen Tieren besonders gut entwickelt, sodass ihr eine Bedeutung für höhere Gehirnfunktionen zugeschrieben wird. Es wird angenommen, dass eine Beeinträchtigung der Großhirnrinde verschiedene neurologische Erkrankungen und psychiatrische Störungen verursacht. Es ist eine der wichtigsten Regionen des Gehirns und findet in der Hirnforschung viel Beachtung.

3. Frettchen

   Ein höheres Säugetier, ähnlich dem Wiesel. Das Frettchen hat ein weiter entwickeltes Gehirn als die Maus und hat Gyri. Daher wird das Frettchen in dieser Studie als Modelltier verwendet. Es wurden nur wenige Studien zur Frettchengenetik durchgeführt und unsere Forschungsgruppe ist weltweit führend auf diesem Gebiet.

4. Genom-Editierung

   Eine der Techniken zum selektiven „Editieren“eines Zielabschnitts eines Genoms, einschließlich des Aussch altens von Genen. CRISPR/Cas9 ist eine solche bemerkenswerte Technik, die von vielen Spezialisten als starker Kandidat für einen Nobelpreis in naher Zukunft angesehen wird.