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Forschungszentrum Jülich - Presseinformationen - Von der Gen-Expression zur Hirnmikrostruktur

Inwiefern haben die Erbanlagen Einfluss auf die Funktion des Hirns? Ein neues digitales Instrument, das von Forschern des Forschungszentrum für Hirnforschung im Rahmen des European Human Brain Projects (HBP) erarbeitet wurde, macht diesen Bezug leichter verständlich. Der Genexpressionstool JuGeex kombiniert die Vorteile eines Gen- und eines Anatomieatlas.

Jetzt können Forscher untersuchen, wie gewisse Genen, die in bestimmten Hirnarealen tätig sind, zur Gehirnfunktion und -störung beizutragen haben. Bei einer ersten Untersuchung konnten sie zwei besonders aktive Genen in einem Teil des Hirns identifizieren, die wahrnehmbare Änderungen bei Depressionen zeigen.

Zur Beschreibung der komplexen Zusammenhänge des Menschen im Gehirn wurden umfangreiche Mapping-Projekte auf der ganzen Welt lanciert, die sich mit verschiedenen Bereichen der Gehirnorganisation befassen. Infolgedessen gibt es heute eine Vielzahl von verschiedenen Gehirnatlanten, die sich auf verschiedene Bereiche ausrichten. Beispielsweise soll der American Allen Hirnatlas die Genexpression untersuchen - inwieweit gewisse Gene in gewissen Zellen wirksam sind.

Mit dem am Jülicher Zentrum entwickelten JuBrain-Atlas stehen dagegen Landkarten auf der Grundlage von Zell-Architekturen zur Verfügung, mit denen die verschiedenen Hirnareale und ihre unterschiedlichen Formen in den jeweiligen Hirnen bestimmt werden können. Man muss verstehen, wie die Expression von Genen die Mikrostrukturebene beeinflusst", sagt sie.

Der Neurowissenschaftler ist wissenschaftlicher Leiter von HP und Leiter der Abteilung für die Erstellung des HPIAtlas, eines dreidimensionalen Digitalmodells, das viele unterschiedliche Maßstäbe und Modelle einbezieht. Inzwischen hat Ihr Entwicklerteam die Firma JÜGEx mitentwickelt. Mit Hilfe des kostenlos erhältlichen Tools können die genetischen Informationen aus dem Allen Hirnatlas mit den Mikrostrukturkarten von Jubelhirn verknüpft werden.

"Mit unserem Vorgehen ist es sehr leicht zu prüfen, welche Genexpressionen in verschiedenen Graden in beliebig vielen Gehirnregionen vorliegen", sagt der Genforscher des Forschungszentrums in Jülich, Herr Becker. Gemeinsam mit dem Neuroanatomen Sebstian Bluudau hat er die Entstehung von JüGEx geleitet. "Interessieren wir uns für Hirncharakteristika, die beispielsweise durch Kernspintomographie erkannt werden, können wir jetzt die Gen-Expression, also die Genaktivität, in dieser Gegend mit einer hohen räumlichen Präzision untersuchen", erläutert er.

Zur Erprobung der Vorteile von JüGEx hat sich das Forschungsteam mit einem Gesichtspunkt der Depressionen beschäftigt, einer psychischen Krankheit mit einer starken Vererbung. "Bei einer unserer bisherigen bildgebenden Studien mit JuBrain-Karten haben wir herausgefunden, dass das graue Hirnmaterial im mittleren Frontpol bei Patientinnen mit dieser Krankheit im Gegensatz zu Kontrollpatientinnen deutlich geringer ist", erläutert er.

"Danach setzte das Forscherteam mit Hilfe von Jutex eine Anzahl von Genen für Depressionen in der Region ein und erzielte zwei Treffer: eine deutliche Hochregulation der Genen PAOA und TAK1 für ein wichtiges Ferment, das für den Abbaus von Botenstoffen wie z. B. von Serotonin ausschlaggebend ist, während TAK1 für Neuronenanregungen und Verhaltensänderungen verantwortlich ist.

"So wie die anderen Werkzeuge des Handbuchs wird auch das Programm ständig weiter entwickelt und mit weiteren Funktionen ausstattet. Ebenfalls an der Weiterentwicklung von JÜGEx arbeitet das renommierte Allen-Hirn Institut in Seattle/USA, mit. Er wird das Werkzeug in den nächsten Tagen und Monaten in Kooperation mit den Wissenschaftlern aus Jülich weiter ausbauen.

Bei dem Allen Hirnatlas wurden Gewebsproben von sechs unterschiedlichen Hirnen entnommen (hier als unterschiedlich gefärbte Sphären). Mit Hilfe von Jutex können die Daten der Genexpression aus Gewebsproben (Farbkugeln) lokalisiert werden.

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