zur Navigation zum Inhalt
Foto: photos.com / Ärzte-Woche-Montage
Nachschub von Nervenzellen durch Teilung der Stammzellen im Hirn. Foto: photos.com / Ärzte-Woche-Montage
Foto: IMBA/Hans Krist

Schnitt durch die Gehirnrinde einer Maus. Die Stammzellen leuchten grün, die bereits reifen Nervenzellen rot. Alle Zellkerne (sowohl von
Stammzellen als auch Nervenzellen) sind blau gefärbt.

Foto: IMBA/Hans Krist

Prof. Dr. Jürgen Knoblich, Institut für Molekulare Biotechnologie, Wien

 
Neurologie 3. November 2011

Weshalb ist der Mensch intelligenter als die Maus?

Forscher am Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie haben entdeckt, dass Stammzellen im Denkorgan des Homo sapiens eine größere Anzahl von Nervenzellen produzieren als entsprechende Zellen im Mäusegehirn.

Warum die Stammzellen bei Maus und Mensch unterschiedlich viele Nervenzellen hervorbringen, hat Wittgensteinpreisträger Prof. Dr. Jürgen Knoblich herausgefunden.

Stammzellen im Gehirn des Menschen produzieren wesentlich mehr Nervenzellen als die entsprechenden Stammzellen bei Mäusen. Prof. Dr. Jürgen Knoblich, Forscher am Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA), fand heraus, welche Mechanismen dafür verantwortlich sind und warum die Orientierung der Zellen dabei eine Rolle spielt.

Die rasante Größenentwicklung des Gehirns und damit der Entwicklung der Intelligenz ist ein auffälliges Merkmal in der Evolution der Säugetiere. Während die Gehirnrinde einer Maus rund acht Millionen Nervenzellen (Neuronen) besitzt, sind es beim Menschen mehr als 15 Milliarden – ein gravierender Unterschied, obwohl die Erbanlagen von Maus und Mensch zu über 90 Prozent übereinstimmen.

Nervenzellen entstehen im Gehirn des Embryos aus Stammzellen, die sich stetig teilen. Bei jeder Teilung bilden sich eine Nervenzelle und wieder eine weitere Stammzelle. So entsteht ein unerschöpflicher Pool für Nachschub. Weshalb Stammzellen beim Menschen wesentlich mehr Nervenzellen bilden können als bei der Maus, wird durch die neuen Arbeiten der IMBA-Wissenschaftler erklärt.

Forscher können Teilungsrichtung der Zelle beliebig steuern

Schon lange ist bekannt, dass Stammzellen sich in verschiedenen Ebenen des Raums teilen können. Die Tochterzellen liegen dann oben und unten bzw. links und rechts. Nach der gängigen Lehrmeinung legt die Teilungsrichtung fest, ob aus Stammzellen Nervenzellen oder nur wieder Stammzellen entstehen. Knoblich, der 2009 mit dem Wittgensteinpreis, dem wichtigsten Preis in Österreich, der für Grundlagenforschung vergeben wird, zweifelte an dieser Darstellung. Er wollte nun endgültig Klarheit in den Vorgang bringen.

Gemeinsam mit seiner Postdoktorandin Maria Pia Postiglione züchtete er Mäuse, bei denen sich die Teilungsrichtung der Stammzellen willkürlich ändern lässt. Der genetische Trick basiert auf dem Protein Inscuteable, das wie ein Schalter für die Teilungsrichtung funktioniert: mit Inscuteable teilt sich die Zelle waagrecht, ohne das Protein senkrecht.

Untersuchungen an den Mäusen mit dem genetischen Schalter konnten die Lehrbuchmeinung widerlegen: Nervenzellen entstehen sowohl bei senkrechten als auch waagrechten Teilungen, im letzten Fall allerdings in erheblich größerer Menge. Besitzt eine Maus mehr Inscuteable-Proteine, finden mehr waagrechte Teilungen statt und es entstehen mehr Nervenzellen. Dieser Mechanismus wird von den IMBA-Forschern auch für die enorme Vermehrung der Nervenzellen im menschlichen Gehirn verantwortlich gemacht.

„Umweg“ bei der Entwicklung führt zu größerem Gehirn

Höhere Organismen vermehren ihre Nervenzellen über einen „Umweg“. Bei waagrechter Teilung entsteht neben einer Stammzelle zunächst ein intermediate progenitor als Zwischenstufe. Diese Art von Zelle besitzt keine Stammzelleigenschaften mehr, sie kann sich aber immer noch teilen – bei der Maus durchschnittlich einmal. In der Folge entstehen also zwei Nervenzellen pro waagrechter Stammzellteilung. Dieser indirekte Neurogenese genannte Vorgang wird ebenfalls durch Inscuteable gesteuert.

Indirekte Neurogenese ist also der Schlüssel zur Entwicklung größerer und intelligenterer Gehirne. Niedere Lebewesen, wie etwa Fische, beherrschen nur direkte Neurogenese und besitzen entsprechend wenige Nervenzellen. Im Lauf der Evolution entstand die indirekte Neurogenese und wurde immer weiter verfeinert. Beim Menschen sind die intermediate progenitors bereits viel komplexer und teilen sich häufiger als bei der Maus. Daher besitzt der Mensch im Vergleich zum Nager ein Vielfaches an Nervenzellen.

Ob die Maus ohne Inscuteable aufgrund der geringeren Nervenzellen dümmer ist als ihre Artgenossen, ließ sich bisher nicht feststellen. Auch nicht, ob eine künstlich induzierte Überproduktion des Proteins zu intelligenteren Tieren führt.

Macht Inscuteable den Mensch zum Menschen?

„Spannend ist die Frage, welche Rolle Inscuteable beim Menschen spielt“, betont Knoblich. „Wahrscheinlich regelt es auch in unserem Körper die Anzahl der Neuronen, indem es indirekte Neurogenese aktiviert. Die Evolution des Proteins und seiner Funktion könnte zur enormen Vergrößerung des Menschenhirns beigetragen haben.“

Ein weiteres Forschungsergebnis unterstützt diese Vermutung: Das Teilungsmuster der intermediate progenitors korreliert eng mit der Höhe der Intelligenz. Außer beim Menschen kommt es in dieser Form nur bei anderen Primaten vor. Ohne Inscuteable wären wir ohne Zweifel nicht das, was wir sind.

 

http://www.imba.oeaw.ac.at

Movies: http://www.imba.oeaw.ac.at/research/juergen-knoblich/movies/

 

Zu diesem Thema wurden noch keine Kommentare abgegeben.

Mehr zum Thema

<< Seite 1 >>

Medizin heute

Aktuelle Printausgaben