Wie eine Genmutation zu höherer Intelligenz führt

Zusammenfassung: Eine seltene genetische Mutation, die Blindheit verursacht, scheint auch mit überdurchschnittlicher Intelligenz verbunden zu sein, berichtet eine neue Studie.

Quelle: Universität Leipzig

Synapsen sind die Kontaktstellen im Gehirn, über die Nervenzellen miteinander „sprechen“. Störungen dieser Kommunikation führen zu Erkrankungen des Nervensystems, weil beispielsweise veränderte synaptische Proteine ​​diesen komplexen molekularen Mechanismus verändern können. Dies kann zu leichten Symptomen, aber auch zu sehr schweren Behinderungen bei den Betroffenen führen.

Das Interesse der beiden Neurobiologen Professor Tobias Langenhan und Professor Manfred Heckmann aus Leipzig bzw. Würzburg war geweckt, als sie in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung von einer Mutation lasen, die ein synaptisches Protein schädigt.

Zunächst erregten betroffene Patienten die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern, weil die Mutation sie blind machte. Allerdings fiel den Ärzten dann auf, dass die Patienten auch überdurchschnittlich intelligent waren.

„Es ist sehr selten, dass eine Mutation eher zu einer Funktionsverbesserung als zu einem Funktionsverlust führt“, sagt Langenhan, Professor und Inhaber eines Lehrstuhls am Rudolf-Schönheimer-Institut für Biochemie der Medizinischen Fakultät.

Die beiden Neurobiologen aus Leipzig und Würzburg verwenden seit vielen Jahren Fruchtfliegen, um synaptische Funktionen zu analysieren.

„Unser Forschungsprojekt war darauf ausgelegt, die Mutation der Patienten in das entsprechende Gen der Fliege einzufügen und mit Techniken wie der Elektrophysiologie zu testen, was als nächstes mit den Synapsen passiert. Wir dachten, die Mutation macht Patienten so schlau, weil sie die Kommunikation zwischen Neuronen verbessert, an denen das beschädigte Protein beteiligt ist“, sagt Langenhan.

„Natürlich kann man diese Messungen nicht an Hirnsynapsen menschlicher Patienten durchführen. Dazu müssen Sie Tiermodelle verwenden.

„75 % der Gene, die beim Menschen Krankheiten verursachen, existieren auch in Fruchtfliegen“

Zunächst zeigten die Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit Oxford-Forschern, dass das Fliegenprotein namens RIM molekular identisch mit dem des Menschen zu sein scheint. Dies war unabdingbar, um Veränderungen im menschlichen Gehirn in der Fliege untersuchen zu können. Im nächsten Schritt fügten die Neurobiologen Mutationen in das Erbgut der Fliege ein, die genauso aussahen wie bei kranken Menschen. Anschließend führten sie elektrophysiologische Messungen der synaptischen Aktivität durch.

„Wir haben tatsächlich beobachtet, dass die Tiere, die die Mutation in sich trugen, eine viel größere Informationsübertragung auf der Ebene der Synapsen zeigten. Dieser erstaunliche Effekt auf die Synapsen der Fliege findet sich wahrscheinlich in gleicher oder ähnlicher Weise bei menschlichen Patienten und könnte deren gesteigerte kognitive Leistungsfähigkeit, aber auch ihre Erblindung erklären“, schließt Professor Langenhan.

Wissenschaftler haben auch herausgefunden, wie es an Synapsen zu einer erhöhten Übertragung kommt: Die molekularen Bestandteile der sendenden Nervenzelle, die synaptische Impulse auslösen, kommen durch den Mutationseffekt zusammen und führen zu einer erhöhten Ausschüttung von Neurotransmittern. Eine neue Methode, die hochauflösende Mikroskopie, war eine der in der Studie verwendeten Techniken.

Wissenschaftler haben auch herausgefunden, wie es an Synapsen zu einer erhöhten Übertragung kommt: Die molekularen Bestandteile der sendenden Nervenzelle, die synaptische Impulse auslösen, kommen durch den Mutationseffekt zusammen und führen zu einer erhöhten Ausschüttung von Neurotransmittern. Bild ist gemeinfrei

„Es gibt uns ein Werkzeug, um einzelne Moleküle zu betrachten und sogar zu zählen, und bestätigt, dass die Moleküle in der Brennzelle näher beieinander liegen als normalerweise“, sagt Professor Langenhan, der bei der Studie auch von der Forschungsgruppe von Professor Hartmut unterstützt wurde Schmidt vom Carl-Ludwig-Institut in Leipzig.

„Das Projekt demonstriert auf wunderbare Weise, wie ein außergewöhnliches Modelltier wie die Fruchtfliege verwendet werden kann, um ein sehr tiefes Verständnis menschlicher Gehirnerkrankungen zu erlangen. Tiere sind dem Menschen genetisch sehr ähnlich. Es wird geschätzt, dass 75 % der Gene, die beim Menschen an der Krankheit beteiligt sind, auch in der Fruchtfliege zu finden sind“, verweist Professor Langenhan auf weitere Forschungen zu diesem Thema an der Medizinischen Fakultät:

„Wir haben mehrere gemeinsame Projekte mit Humangenetikern, Pathologen und dem Team des Integrierten Zentrums für Forschung und Behandlung (IFB) AdipositasErkrankungen gestartet; am Universitätsklinikum Leipzig untersuchen sie Störungen der Hirnentwicklung, die Entstehung bösartiger Tumore und Übergewicht. Auch hier werden wir pathogene Mutationen in die Fruchtfliege einbringen, um menschliche Krankheiten zu replizieren und besser zu verstehen.

Über diese Neuigkeiten aus der Genetik- und Intelligenzforschung

Autor: Susan Huster
Quelle: Universität Leipzig
Kontakt: Susann Huster – Universität Leipzig
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Ursprüngliche Forschung: Zugang geschlossen.
„Menschliche kognitionsfördernde CORD7-Mutation erhöht Anzahl aktiver Zonen und synaptische Freisetzung“ von Tobias Langenhan et al. Gehirn


Abstrakt

Die die menschliche Wahrnehmung verbessernde CORD7-Mutation erhöht die Anzahl der aktiven Zonen und die synaptische Freisetzung

Siehe auch

Dies zeigt die Umrisse eines Kopfes

Menschen mit der CORD7-Mutation (Kegel-Stäbchen-Dystrophie 7) haben einen erhöhten verbalen IQ und ein erhöhtes Arbeitsgedächtnis. Dieses autosomal dominante Syndrom wird durch den Austausch einer einzelnen Aminosäure R844H (menschliche Nummerierung) verursacht, die sich in der 3zehn C-Helix2Eine Domäne von RIMS1/RIM1 (Molekül 1 interagiert mit Rab3).

RIM ist ein evolutionär konserviertes Multidomänenprotein und ein essentieller Bestandteil präsynaptischer aktiver Zonen, der eine zentrale Rolle bei der schnellen Ca spielt2+– getriggerte Freisetzung von Neurotransmittern. Wie sich die CORD7-Mutation auf die synaptische Funktion auswirkt, ist bisher unklar.

Hier haben wir uns etabliert Drosophila melanogaster als Krankheitsmodell zur Klärung der Auswirkungen der CORD7-Mutation auf die RIM-Funktion und die Freisetzung synaptischer Vesikel.

Zu diesem Zweck lösten wir mithilfe von Proteinexpression und Röntgenkristallographie die molekulare Struktur der Drosophila VS2Eine Domäne mit einer Auflösung von 1,92 Å und im Vergleich mit ihrem Säugergegenstück zeigte, dass die Position der CORD7-Mutation in der RIM-Fliege strukturell konserviert ist.

Zusätzlich wurde CRISPR/Cas9-gestütztes Genom-Engineering für die Generierung von verwendet Rand Allele, die R915H CORD7 Swap oder R915E, R916E (Fliegennummerierung) Substitutionen codieren, um eine lokale Ladungsumkehr bei 3 zu bewirkenzehn Wendel.

Durch elektrophysiologische Charakterisierung durch Zwei-Elektroden-Spannungsklemme und fokale Aufzeichnungen stellten wir fest, dass die CORD7-Mutation eher einen semi-dominanten als einen dominanten Effekt auf die synaptische Übertragung ausübt, was zu einer schnelleren und effizienteren synaptischen Freisetzung und einer erhöhten leicht freisetzbaren Poolgröße, aber reduzierter Empfindlichkeit führt für den schnellen Calciumchelator BAPTA.

Außerdem die Rand Das CORD7-Allel erhöhte die Anzahl der präsynaptischen aktiven Zonen, ließ aber ihre nanoskopische Organisation unverändert, wie durch superauflösende Mikroskopie des präsynaptischen Gerüstproteins Bruchpilot/ELKS/CAST gezeigt wurde.

Wir schließen daraus, dass die CORD7-Mutation zu einer engeren Freisetzungskopplung, einer Zunahme der Größe des leicht freisetzbaren Pools und mehr Freisetzungsstellen führt, wodurch eine effizientere synaptische Transmitterfreisetzung gefördert wird.

Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass ähnliche Mechanismen dem Phänotyp der CORD7-Krankheit bei Patienten zugrunde liegen könnten und dass eine verstärkte synaptische Übertragung zu ihren gesteigerten kognitiven Fähigkeiten beitragen könnte.

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