Wie führt Genmutation zu höherer Intelligenz?

Zusammenfassung: Eine neue Studie legt nahe, dass eine seltene genetische Mutation, die Blindheit verursacht, auch mit überdurchschnittlicher Intelligenz verbunden ist.

Quelle: Universität Leipzig

Synapsen sind die Kontaktstellen im Gehirn, über die Neuronen miteinander „sprechen“. Störungen in diesem Zusammenhang führen zu Erkrankungen des Nervensystems, da beispielsweise veränderte synaptische Proteine ​​diesen komplexen molekularen Mechanismus beeinträchtigen können. Dies kann zu leichten Symptomen, aber auch zu sehr schweren Behinderungen bei den Betroffenen führen.

Es faszinierte die Neurobiologen Professor Tobias Langenhan und Professor Manfred Heckmann aus Leipzig bzw. Würzburg, als sie in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung von einer Mutation lasen, die ein synaptisches Protein zerstört.

Zunächst erregten die betroffenen Patienten die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler, weil sie durch die Mutation geblendet wurden. Allerdings stellten die Ärzte dann fest, dass die Patienten auch überdurchschnittlich intelligent waren.

„Es ist sehr selten, dass eine Mutation eher zu einer Verbesserung als zu einem Funktionsverlust führt“, sagt Langenhan, Professor und Vorsitzender am Rudolf-Schönheimer-Institut für Biochemie in der Fakultät für Medizin.

Zwei Neurobiologen aus Leipzig und Würzburg verwenden seit vielen Jahren Fruchtfliegen, um synaptische Funktionen zu analysieren.

„Unser Forschungsprojekt war darauf ausgelegt, die Mutation der Patienten in das entsprechende Gen der Fliege einzuführen und mithilfe von Techniken wie der Elektrophysiologie zu testen, was neben den Synapsen passiert. Unsere Annahme war, dass die Mutation Patienten sehr schlau macht, weil sie die Kommunikation zwischen Neuronen verbessert.“ beinhaltet das betroffene Protein”, erklärt Langenhan.

„Natürlich kann man diese Messungen nicht an den Synapsen im Gehirn menschlicher Patienten durchführen, dafür muss man Tiermodelle verwenden.“

„75 Prozent der Gene, die beim Menschen Krankheiten verursachen, finden sich auch in Fruchtfliegen.“

Zunächst zeigten die Wissenschaftler zusammen mit Forschern aus Oxford, dass ein Fliegenprotein namens RIM molekular identisch mit dem menschlichen Protein zu sein schien. Dies war notwendig, um Veränderungen im menschlichen Gehirn in der Fliege untersuchen zu können. Im nächsten Schritt fügten Neurobiologen Mutationen in das Erbgut der Fliege ein, die genauso aussahen wie bei infizierten Menschen. Dann nahmen sie elektrophysiologische Messungen der synaptischen Aktivität vor.

„Wir haben bereits beobachtet, dass Tiere mit der Mutation eine erhöhte Informationsübertragung an ihren Synapsen zeigten.“ Professor Langenhan folgert, dass dieser markante Effekt auf die Synapsen der Fliege in gleicher oder ähnlicher Weise auch bei menschlichen Patienten zu finden sei und deren gesteigerte kognitive Leistungsfähigkeit erklären könnte , sowie ihre Blindheit.”

Die Wissenschaftler entdeckten auch, wie es zu einer erhöhten Übertragung an Synapsen kommt: Die molekularen Bestandteile eines übertragenden Neurons, die synaptische Impulse stimulieren, laufen durch die Wirkung der Mutation zusammen und führen zu einer erhöhten Ausschüttung von Neurotransmittern. Die neue Methode, die superauflösende Mikroskopie, war eine der in der Studie verwendeten Techniken.

Die Wissenschaftler entdeckten auch, wie es zu einer erhöhten Übertragung an Synapsen kommt: Die molekularen Bestandteile eines übertragenden Neurons, die synaptische Impulse stimulieren, laufen durch die Wirkung der Mutation zusammen und führen zu einer erhöhten Ausschüttung von Neurotransmittern. Das Bild ist gemeinfrei

sagt Professor Langenhan, der auch aus der Forschungsgruppe von Professor Hartmut Schmidt vom Karl-Ludwig-Institut in Leipzig an der Studie mitgewirkt hat.

Das Projekt demonstriert auf wunderbare Weise, wie ein ungewöhnliches Tiermodell wie die Fruchtfliege verwendet werden kann, um ein sehr tiefes Verständnis der Erkrankungen des menschlichen Gehirns zu erlangen. Tiere sind dem Menschen genetisch sehr ähnlich. Schätzungsweise 75 Prozent der Gene, die an Krankheiten des Menschen beteiligt sind, finden sich auch in Drosophila“, erklärt Professor Langenhan und weist auf weitere Forschungen zum Thema an der Medizinischen Fakultät hin:

„Wir haben mehrere gemeinsame Projekte mit Humangenetikern, Pathologen und dem Team AdipositasErkrankungen des Zentrums für integrierte Forschung und Therapie (IFB) gestartet; Am Universitätsklinikum Leipzig untersuchen sie Entwicklungsstörungen des Gehirns, die Entstehung von bösartigen Erkrankungen und Übergewicht. Auch hier werden wir krankheitsverursachende Mutationen in Drosophila einführen, um menschliche Krankheiten zu replizieren und besser zu verstehen. “

Über diese Neuigkeiten aus der Genetik- und Intelligenzforschung

Autor: Susanne Hoster
Quelle: Universität Leipzig
Kontakt: Susan Hoster – Universität Leipzig
Bild: Das Bild ist gemeinfrei

ursprüngliche Suche: Zugang geschlossen.
“Human Cognition-Promoting CORD7 Mutation erhöht die Anzahl der aktiven Regionen und die synaptische Freisetzung” von Tobias Langenhan et al. Gehirn


eine Zusammenfassung

Die die menschliche Wahrnehmung verbessernde CORD7-Mutation erhöht die Anzahl der aktiven Regionen und die synaptische Freisetzung

siehe auch

Dies ist eine schematische Darstellung der Studie

Menschen, die die CORD7-Mutation (Zapfendystrophie 7) tragen, haben sowohl einen verbalen IQ als auch ein Arbeitsgedächtnis. Dieses chromosomal dominante Syndrom wird durch den Austausch der in 3 vorhandenen Monoaminosäure R844H (menschliche Nummerierung) verursacht10 Die Schnecke von C.2Eine Domäne von RIMS1/RIM1 (Rab3-interagierendes Molekül 1).

RIM ist ein evolutionär konserviertes Multidomänenprotein und ein wesentlicher Bestandteil präsynaptischer aktiver Regionen, die zentral an der schnellen, Ca2+Die Freisetzung eines erregenden Neurotransmitters. Wie sich die CORD7-Mutation auf die synaptische Funktion auswirkt, war bisher unklar.

Hier haben wir erstellt Drosophila melanogaster Als Krankheitsmodell zur Aufklärung der Auswirkungen der CORD7-Mutation auf die RIM-Funktion und die Freisetzung synaptischer Vesikel.

Zu diesem Zweck haben wir mithilfe von Proteinexpression und Röntgenkristallographie die molekulare Struktur von aufgeklärt Fruchtfliege c2Eine Domäne mit einer Auflösung von 1,92 und im Vergleich mit ihrem Säugergegenstück bestätigte, dass die CORD7-Mutationsstelle im Fliegen-RIM strukturell konserviert ist.

Darüber hinaus wurde CRISPR/Cas9-unterstützte Genomtechnik zur Generierung verwendet Kante Tauschen Sie Allele aus, die R915H CORD7 oder Varianten R915E, R916E (Flugnummerierung) codieren, um eine lokale Ladungsumkehr bei 3 zu bewirken10 Schnecke.

Durch die Charakterisierung der Elektrophysiologie durch bipolare Spannungsklemme und konfokale Aufzeichnungen stellten wir fest, dass die CORD7-Mutation eher eine quasi-dominante als eine dominante Wirkung auf die synaptische Übertragung ausübt, was zu einer schnelleren und effizienteren synaptischen Freisetzung und einem erhöhten Volumen des leicht freizusetzenden Pools, aber einer verringerten Empfindlichkeit führt zum schnellen Calciumchelator von BAPTA.

zusätzlich Kante Das CORD7-Allel erhöhte die Anzahl aktiver präsynaptischer Regionen, ließ jedoch ihre nanoskalige Organisation unbeeinflusst, wie durch ultraauflösende Mikroskopie des präsynaptischen Gerüstproteins Bruchpilot/ELKS/CAST gezeigt wurde.

Wir schlussfolgern, dass die CORD7-Mutation zu einer engeren Freisetzungskopplung, einer größeren Größe des leicht freizusetzenden Pools und mehr Freisetzungsstellen führt, wodurch eine effizientere synaptische Transmitterfreisetzung gefördert wird.

Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass ähnliche Mechanismen dem Phänotyp der CORD7-Krankheit bei Patienten zugrunde liegen könnten und dass eine verstärkte synaptische Übertragung zu ihren gesteigerten kognitiven Fähigkeiten beitragen könnte.

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