Wissenschaftler haben ein Schlüsselprotein entdeckt, das für die Asymmetrie des Gehirns verantwortlich ist

Die genetischen Mechanismen, die den einzigartigen Links-Rechts-Unterschieden des Gehirns zugrunde liegen, werden nun durch neue Forschung besser verstanden, was den Weg für ein besseres Verständnis menschlicher Störungen ebnet, die mit Gehirnasymmetrie in Zusammenhang stehen.

Ein Protein namens Cachd1 spielt eine Schlüsselrolle bei der Etablierung der unterschiedlichen neuronalen Struktur und Funktion jeder Seite des Gehirns, wie Forscher von UCL, dem Wellcome Sanger Institute, der University of Oxford und anderen Partnern herausgefunden haben. Die Studie wurde in Science veröffentlicht.

Durch genetische Experimente an Zebrafischen entdeckten Forscher, dass bei einer Cachd1-Mutation die rechte Seite des Gehirns ihre normale asymmetrische Entwicklung verliert und zu einem Spiegelbild der linken Seite wird. Diese Störung verursacht abnormale neuronale Verbindungen, die die Gehirnfunktion beeinträchtigen.

Diese Entdeckung wirft Licht auf die genetischen Mechanismen, die der Gehirnasymmetrie zugrunde liegen, einem Phänomen, das bei vielen Tierarten, einschließlich Menschen, beobachtet wird. Das Verständnis dieser Prozesse kann zu einem besseren Verständnis menschlicher Störungen führen, bei denen die Gehirnasymmetrie gestört ist, wie Schizophrenie, Alzheimer-Krankheit und Autismus-Spektrum-Störungen.

Trotz ihrer spiegelbildlichen Anatomie weisen die linke und rechte Hemisphäre des menschlichen Gehirns funktionelle Unterschiede auf, die neuronale Verbindungen und kognitive Prozesse wie Sprache beeinträchtigen. Wie diese Links-Rechts-Unterschiede in neuronalen Schaltkreisen entstehen, ist noch immer wenig verstanden.

Mithilfe von Zebrafischen – einem bekannten Modellorganismus zur Erforschung der Gehirnentwicklung dank seiner transparenten Embryonen – untersuchten die Forscher, wie Cachd1 die Gehirnasymmetrie beeinflussen könnte.

Das Team fand heraus, dass bei einer Mutation von Cachd1 eine Gehirnregion namens Habenula ihre normale Links-Rechts-Unterscheidung verliert. Neuronen auf der rechten Seite werden den Neuronen auf der linken Seite ähnlich, wodurch die neuronalen Verbindungen in der Habenula unterbrochen werden und ihre Funktion möglicherweise beeinträchtigt wird.

Die Ausschaltung von cachd1 mithilfe von Morpholinos führt zu bilateraler Symmetrie. (A-B) Dorsalansicht 4 Tage nach der Befruchtung von nicht injizierten Wildtypen und mit cachd1-Morpholinos injizierten Larven nach Ganzkörper-In-situ-Hybridisierung mithilfe von Antisense-Ribosonden gegen asymmetrische dorsale Habenula-Marker kctd12.1. (C) Semiquantitative RT-PCR für cachd1-Transkripte. Quelle: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Proteinbindungsexperimente haben gezeigt, dass Cachd1 an zwei Rezeptoren bindet, die es Zellen ermöglichen, über den Wnt-Signalweg zu kommunizieren, einen der am intensivsten untersuchten Zellkommunikationswege, der eine wichtige Rolle in der frühen Entwicklung, der Stammzellbildung und vielen Krankheiten spielt. p>

Darüber hinaus scheint der Einfluss von Cachd1 spezifisch auf die rechte Seite des Gehirns zu sein, was auf die Anwesenheit eines unbekannten hemmenden Faktors hindeutet, der seine Aktivität auf der linken Seite begrenzt. Obwohl die Einzelheiten noch nicht vollständig geklärt sind, deuten die Beweise stark darauf hin, dass Cachd1 eine Schlüsselrolle bei der Unterscheidung zwischen der linken und rechten Seite des sich entwickelnden Gehirns spielt, indem es die zelluläre Kommunikation speziell auf der rechten Seite reguliert.

Zukünftige Studien werden untersuchen, ob Cachd1 andere wichtige Funktionen im Zusammenhang mit dem Wnt-Signalweg hat.

„Dies war ein äußerst kollaboratives Projekt, das stark von einem interdisziplinären Ansatz profitierte – Genetik, Biochemie und Strukturbiologie kamen zusammen, um die Entstehung der Links-Rechts-Asymmetrie im Gehirn besser zu verstehen und eine neue Komponente eines wichtigen Signalwegs mit mehreren Rollen in Gesundheit und Krankheit zu identifizieren“, sagt Dr. Gareth Powell, Co-Autor der Studie, ehemaliger Doktorand am Wellcome Sanger Institute und jetzt Mitglied der Abteilung für Zell- und Entwicklungsbiologie der UCL.

„Ich freue mich über die Veröffentlichung dieser äußerst kollaborativen Forschung, die viele talentierte Menschen mit unterschiedlichen wissenschaftlichen Interessen und Fähigkeiten aus verschiedenen Institutionen zusammengebracht hat. „Gemeinsam hat uns das Team spannende neue Entdeckungen sowohl im Wnt-Signalweg als auch in der Entwicklung von Gehirnasymmetrie ermöglicht“, sagt Professor Steve Wilson, leitender Autor der Studie vom Institut für Zell- und Entwicklungsbiologie des UCL.