Forscher lassen Mäusegehirne Falten bilden – plötzlich lernen und erinnern sich die Tiere besser
Chinesische Forscher erzeugen durch eine Genveränderung Gehirnfalten bei Mäusen. Laut CAS schneiden die Tiere in Gedächtnistests besser ab.
Ein Gen verändert das Mäusegehirn: Es entstehen Gehirnfalten, und die Tiere schneiden in Lern- und Gedächtnistests besser ab. © Pexels
Das menschliche Gehirn verdankt einen Teil seiner enormen Leistungsfähigkeit seiner stark gefalteten Großhirnrinde. Die vielen Windungen schaffen Platz für Milliarden Nervenzellen. Mäuse besitzen dagegen eine weitgehend glatte Hirnoberfläche. Chinesische Wissenschaftler haben diesen Unterschied durch einen genetischen Eingriff verändert: Im Mäusegehirn entstanden Gehirnfalten, wie sie sonst bei höher entwickelten Säugetieren vorkommen. Die Tiere schnitten laut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) anschließend auch in Lern- und Gedächtnistests besser ab.
Hinter dem ungewöhnlichen Experiment steckt das uralte Gen CCNB1IP1. Seine Aktivität nahm im Verlauf der Primatenevolution zu und erreichte beim Menschen den höchsten untersuchten Wert. Ein Forschungsteam um Lei Shi vom Kunming-Institut für Zoologie fand heraus, dass das Gen die Bildung von Nervenzellen und die Faltung der Großhirnrinde beeinflusst. Die im Fachjournal Nature Genetics veröffentlichten Ergebnisse liefern damit einen möglichen Schlüssel zur Frage, wie sich das menschliche Gehirn im Verlauf der Evolution vergrößert hat.
Ein altes Gen verändert das Mäusegehirn grundlegend
Für ihre Untersuchung verglichen die Wissenschaftler die Genaktivität in der embryonalen Großhirnrinde verschiedener Säugetiere. Dazu gehörten Mäuse, Spitzhörnchen, Krallenaffen, Makaken und Menschen. Dabei entdeckten sie einen Zusammenhang zwischen der Aktivität von CCNB1IP1 und der Faltung des Gehirns.
Die Unterschiede zwischen den Tierarten waren auffällig:
- Spitzhörnchen: Das Gen war nur schwach aktiv.
- Krallenaffen: Trotz ihrer Zugehörigkeit zu den Primaten blieb die Aktivität gering. Ihre Großhirnrinde ist weitgehend glatt.
- Makaken: Das Gen war deutlich aktiver. Ihre Großhirnrinde besitzt zahlreiche Falten.
- Menschen: Hier erreichte die Genaktivität den höchsten untersuchten Wert.
Eine genetische Veränderung verstärkt die Genaktivität
Die Wissenschaftler identifizierten außerdem einen Abschnitt der Erbsubstanz namens CRE1. Er reguliert, wie stark die Zellen CCNB1IP1 aktivieren. Veränderungen dieser Steuerungsregion können die Gehirnentwicklung beeinflussen, ohne dass dafür ein neues Gen entstehen muss.
Damit rückt ein Mechanismus der Evolution in den Vordergrund: Bereits vorhandene Gene können durch Veränderungen ihrer Regulation stärker oder in anderen Zellen aktiv werden. Solche Anpassungen könnten zur zunehmenden Größe und Faltung des Primatengehirns beigetragen haben.
Eine Genveränderung lässt Gehirnfalten entstehen
Für den experimentellen Nachweis erzeugten die Wissenschaftler Mäuse mit einer gezielten genetischen Veränderung. Anschließend untersuchten sie, wie sich deren Großhirnrinde während der Entwicklung veränderte.
Dabei entstanden Falten, die bei gewöhnlichen Mäusen fehlen. Der Eingriff beeinflusste somit die äußere Struktur des Gehirns. Allerdings lässt sich daraus nicht ableiten, dass die veränderten Mäuse ein menschliches Gehirn entwickelten.
Zusätzliche Nervenzellen verändern die Hirnstruktur
Eine erhöhte Aktivität von CCNB1IP1 beeinflusste die Zellteilung. Dadurch entstanden mehr neuronale Vorläuferzellen. Aus ihnen entwickeln sich die Nervenzellen, die später die Großhirnrinde bilden.
Dahinter steckt ein molekularer Mechanismus: CCNB1IP1 fördert den Abbau des Proteins E2F1, das die Zellteilung reguliert. Dafür nutzt die Zelle das sogenannte Ubiquitin-System. Es markiert bestimmte Proteine für ihren Abbau. Auf diese Weise beeinflusst CCNB1IP1, wie sich neuronale Vorläuferzellen vermehren.
Veränderte Mäuse schneiden bei Gedächtnistests besser ab
Auch das Verhalten der genetisch veränderten Tiere unterschied sich offenbar von dem gewöhnlicher Mäuse. Laut Mitteilung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erzielten sie bessere Ergebnisse bei Lern- und Gedächtnistests.
Wie groß diese Verbesserungen ausfielen, geht aus der Quelle nicht hervor. Angaben zur Zahl der untersuchten Tiere und zu den einzelnen Testergebnissen fehlen ebenfalls.
Gehirnfalten machen nicht automatisch intelligenter
Eine stärker gefaltete Großhirnrinde bedeutet nicht zwangsläufig eine höhere Intelligenz. Das Gen beeinflusst mehrere Prozesse der Gehirnentwicklung. Deshalb könnten die zusätzlichen Gehirnfalten und die besseren Testergebnisse unterschiedliche Folgen derselben genetischen Veränderung sein.
Ob die Falten selbst die Lernfähigkeit verbessern, bleibt offen. Ebenso wenig lässt sich aus den Experimenten schließen, dass eine höhere Aktivität von CCNB1IP1 beim Menschen automatisch die geistige Leistungsfähigkeit steigern würde.
Genregulation könnte Entwicklungsstörungen erklären
„Die Aktivität dieses alten Gens hängt eng mit dem Ausmaß der Faltung der Großhirnrinde zusammen“, erklärt Studienleiter Lei Shi. Die Unterschiede zwischen den untersuchten Säugetieren und die genetischen Experimente liefern Hinweise darauf, wie CCNB1IP1 die Gehirnentwicklung beeinflusst.
Der Mechanismus könnte künftig auch für die Erforschung neurologischer Entwicklungsstörungen interessant werden. Eine medizinische Anwendung existiert bislang nicht. Die Experimente fanden an genetisch veränderten Mäusen statt; entsprechende Wirkungen beim Menschen sind nicht nachgewiesen.
Kurz zusammengefasst:
- Gehirnfalten durch Genveränderung: Chinesische Wissenschaftler veränderten das Gen CCNB1IP1 und lösten dadurch Faltenbildung in der normalerweise glatten Großhirnrinde von Mäusen aus.
- Bessere Lern- und Gedächtnisleistungen: Laut Chinesischer Akademie der Wissenschaften schnitten die genetisch veränderten Mäuse in Verhaltenstests besser ab, wobei das Ausmaß der Verbesserung bislang nicht überprüft werden konnte.
- Neue Erkenntnisse zur Evolution: CCNB1IP1 beeinflusst die Bildung von Nervenzellen und könnte erklären, wie sich das Gehirn von Primaten vergrößerte und zunehmend faltete; ein direkter Zusammenhang zwischen Gehirnfalten und Intelligenz ist jedoch nicht bewiesen.
Übrigens: Mäuse liefern auch überraschende Hinweise auf den Ursprung der menschlichen Sprache. Wissenschaftler entdeckten, dass bereits veränderte Verbindungen zwischen Nervenzellen komplexere Lautäußerungen ermöglichen – mehr dazu in unserem Artikel.
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