Das Gehirn der Fruchtfliege kann sich selber reparieren

Das menschliche Gehirn ist ein hochkomplexes Organ: Es kontrolliert die Funktion anderer Körperorgane, interpretiert Signale, die wir empfangen, und ermöglicht uns das Sehen, Hören, Fühlen, Erinnern und Lernen. Es besteht aus Nervenzellen, den sogenannten Neuronen, und aus stützenden Gliazellen.

Wenn Neuronen aufgrund eines Gewebeschadens oder wegen des Alterns absterben, entstehen Krankheiten mit Symptomen, die meistens irreversibel sind. Kürzlich gemachte Entdeckungen legen nahe, dass jedoch in adulten Gehirnen verschiedener Spezies «frische» Neuronen gebildet werden – auch im menschlichen Gehirn.

Die Berner Studie, die nun im Journal «Cell Reports» publiziert ist, zeigt erstmals, dass in bestimmten Gehirnregionen der Fruchtfliege neue Nervenzellen entstehen. «Unsere Erkenntnisse aus dem Tiermodell können für das Verständnis von neurologischen Krankheiten und der Regenerationsfähigkeit des Gehirns von grossem Nutzen sein», sagt der Leiter der Studie, Prof. Eduardo Moreno vom Institut für Zellbiologie der Universität Bern.

Neues Zell-Verfolgungs-System entwickelt

Man geht davon aus, dass beim Menschen die Bildung von neuen Neuronen im Erwachsenenalter wichtig für das Gedächtnis ist, wie Moreno und seine Kollegen Ismael Fernández-Hernández und Christa Rhiner erklären. «Wie dieser Prozess jedoch reguliert wird, ist bislang unverstanden.

Da die Fruchtfliege viele ähnliche Gene wie der Mensch besitzt, und weil die Forschung an diesem Tiermodell relativ einfach durchführbar ist, ist die Drosophila geeignet, um die neuen Neuronen und ihre Rolle bei der Gedächtnisbildung und -erhaltung besser zu verstehen», erklärt Moreno.

Für ihre Untersuchungen haben die Forschenden ein neues Zell-Verfolgungs-System entwickelt: Neue Zellen werden grün und rot fluoreszierend markiert. Mittels Mikroskop lassen sich allfällige Teilungen der Neuronen beobachten und den Ursprungszellen zuordnen. Mit den äusserst feinen Detektoren des Zell-Verfolgungs-Systems lassen sich die nur sporadisch entstehenden neuen Zellen nachweisen.

Der Entwickler des Systems, Ismael Fernández-Hernández, vergleicht die Funktionsweise mit einer Videokamera, die ein ganzes Fussballspiel aufzeichnet, um sicherzustellen, dass das Schlüsselereignis – das Tor und im vorliegenden Fall die Zellteilung – nicht verpasst wird.

Mehr Wissen über die Regeneration des Gehirns

Mit dem Zell-Verfolgungs-System untersuchten die Forschenden auch, was geschieht, wenn Nervenzellen im Fruchtfliegen-Gehirn absterben, etwa infolge einer traumatischen Gehirnschädigung. «Überraschenderweise aktiviert das verletzte Fliegenhirn einen klar regenerativen Mechanismus: Die Bildung neuer Nervenzellen zur Reparatur des Gehirns steigt markant an», erklärt Christa Rhiner.

Das Berner Team fand zudem heraus, dass in diesen Bildungsprozess von Neuronen ein bestimmtes Gen involviert ist: War das Gen angeschaltet, aktivierte es schlafende neuronale Stammzellen, die bei diesen Untersuchungen ebenfalls entdeckt wurden, welche mit der Produktion von neuen Neuronen begannen.

«Die Erkenntnisse öffnen Perspektiven für die Regenerationsfähigkeit des Gehirns nach einer Schädigung, aber auch bei neurodegenerativen Krankheiten wie Morbus Alzheimer oder Morbus Parkinson, deren Ursache der Verlust von Neuronen im erwachsenen menschlichen Gehirn ist», ist Moreno sicher. «Durch die Studie von Organismen, die eine intrinsische Fähigkeit haben, ihr Gehirn zu regenerieren, kann ebenfalls herausgefunden werden, warum der Mensch dazu weniger effizient in der Lage ist», so der Zellbiologe.

Bibliographische Angaben:

Ismael Fernández-Hernández, Christa Rhiner and Eduardo Moreno: Adult neurogenesis in Drosophila, Cell Reports, 27. Jun 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2013.05.034