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Was ist das Grau in unserer grauen Materie?

Dr. Joe Dispenza / 23. August 2017

What's the Gray in our Gray Matter?

Wenn wir unsere Neugier verlieren und in die gleichen Denk- und Gefühlsmuster geraten - ob wir nun über das Gehirn, den Körper oder sogar die Realität sprechen - neigen wir dazu zu denken, was wir wissen is was ist. Aber wenn Menschen neue Entdeckungen machen und erkennen, dass wir nicht alles wissen, veranlasst uns unser Konstrukt des Verstehens, anders zu denken, und infolgedessen ändern wir unser wissenschaftliches Modell. Dies ist bei Neuem der Fall Reparaturanalye aus dem Salk Institute und der University of California in San Diego.

Wir wissen seit einiger Zeit, dass Gehirnzellen, die Informationen speichern und verarbeiten, als Neuronen bezeichnet werden. Aus der Sicht eines Mikroskops kann es schwierig sein, den Unterschied zwischen ihnen zu erkennen. Jetzt konnten Wissenschaftler erstmals chemische Modifikationen von DNA-Molekülen in untersuchen Person Neuronen, die ihnen detaillierte Informationen darüber geben, was eine Gehirnzelle von ihrem Nachbarn unterscheidet.

Mithilfe molekularer Methoden und chemischer Marker konnten Wissenschaftler Gruppen von Neuronen mit unterschiedlichen Funktionen identifizieren und von dort aus die Neuronen in Subtypen sortieren. Bisher konnten Wissenschaftler nicht feststellen, wie viele Arten von Neuronen existieren, aber diese neue Entdeckung könnte radikal neue Einblicke in die Entwicklung und Funktionsstörung des Gehirns liefern. Mit dem Methylom jeder Zelle - dem Muster chemischer Marker aus Methylgruppen, die ihre DNA untersuchen - konnte das Salk-Team Neuronen in Subtypen sortieren.

"Wir finden es ziemlich auffällig, dass wir ein Gehirn in einzelne Zellen zerlegen, ihre Methylome sequenzieren und viele neue Zelltypen zusammen mit ihren Genregulationselementen identifizieren können, den genetischen Schaltern, die diese Neuronen voneinander unterscheiden", sagt Co-Co leitender Autor Joseph Ecker, Professor und Direktor des Genomic Analysis Laboratory von Salk und Ermittler des Howard Hughes Medical Institute.

RNA ist eine Nukleinsäure, die in allen lebenden Zellen vorhanden ist. Ihre Aufgabe ist es, als Botenstoff zu fungieren, um Anweisungen der DNA zur Steuerung der Proteinsynthese - der Bausteine ​​des Lebens - zu übertragen. Zuvor verwendeten die Forscher RNA-Moleküle in einzelnen Gehirnzellen, um herauszufinden, was sie auszeichnet. Dies erwies sich jedoch oft als nicht schlüssig, da sich die RNA-Spiegel schnell ändern können, wenn sie neuen Bedingungen ausgesetzt werden, oder sogar im Laufe des Tages. Stattdessen wandte sich das Salk-Team den Methylomen der allgemein stabilen Zellen zu, die normalerweise während des gesamten Erwachsenenalters stabil bleiben.

„Unsere Forschung zeigt, dass wir neuronale Typen anhand ihrer Methylome klar definieren können“, sagt Margarita Behrens, Senior Staff-Wissenschaftlerin bei Salk und Co-Senior-Autorin des neuen Papiers. "Dies eröffnet die Möglichkeit zu verstehen, warum sich zwei Neuronen - die in derselben Gehirnregion sitzen und ansonsten ähnlich aussehen - unterschiedlich verhalten."

Das Team konzentrierte sich auf den frontalen Kortex, den Bereich des Gehirns, der unter anderem für fokussierte Konzentration, komplexes Denken, Persönlichkeit, soziales Verhalten und Entscheidungsfindung verantwortlich ist, und begann seine Arbeit sowohl am Gehirn von Mäusen als auch von Menschen. Dabei wurden 3,377 Neuronen aus dem Frontalcortex von Mäusen und 2,784 Neuronen aus dem Frontalcortex eines verstorbenen 25-jährigen Menschen isoliert. 

Im Gegensatz zu anderen Zellen im Körper weisen Neuronen zwei Arten der Methylierung auf, sodass die Forscher die Methylome jeder Zelle mit neuen Methoden sequenzieren konnten. Was sie entdeckten, war, dass Neuronen aus dem Frontalcortex der Maus basierend auf Methylierungsmustern in 16 Subtypen organisiert werden konnten, während Neuronen aus dem Frontalcortex des Menschen vielfältiger waren und 21 Subtypen bildeten. Die Ergebnisse zeigten, dass Neuronen, die Stoppnachrichten im Gehirn bereitstellten (inhibitorische Neuronen), im Vergleich zu exzitatorischen Neuronen konserviertere Methylierungsmuster zwischen Mäusen und Menschen zeigten. In der Studie wurden auch neue einzigartige Subtypen menschlicher Neuronen identifiziert, die die Tür zum Verständnis dessen öffnen, was uns von Tieren unterscheidet.

"Diese Studie öffnet ein neues Fenster in die unglaubliche Vielfalt der Gehirnzellen", sagt Eran Mukamel vom UC San Diego Department of Cognitive Science, einem Co-Senior-Autor der Arbeit.

Der nächste Schritt für Forscher besteht darin, ihre Studie zu erweitern, um zusätzliche Teile des Gehirns sowie mehr Gehirne zu untersuchen.

„Es gibt Hunderte, wenn nicht Tausende Arten von Gehirnzellen, die unterschiedliche Funktionen und Verhaltensweisen haben, und es ist wichtig zu wissen, was all diese Typen sind, um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert“, sagt Chongyuan Luo, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter und Co-First von Salk Autor des neuen Papiers, zusammen mit Christopher Keown, Doktorand an der UC San Diego. "Unser Ziel ist es, eine Teileliste sowohl des Gehirns von Mäusen als auch von Menschen zu erstellen."

Sobald diese „Teileliste“ vollständig ist, möchte Ecker auch untersuchen, ob sich die Methylome von Neuronen bei Menschen mit Gehirnerkrankungen von denen bei gesunden Menschen unterscheiden. "Wenn nur ein Prozent der Zellen einen Defekt aufweist, sollten wir ihn mit dieser Methode erkennen können", sagt er. "Bis jetzt hätten wir keine Chance gehabt, etwas in diesem kleinen Prozentsatz von Zellen aufzunehmen."

Selbst heute neigen wir in unserer egozentrischen Denkweise dazu zu glauben, alles über das Gehirn und den Körper zu wissen, aber in Wirklichkeit ist unser Verständnis nur eine begrenzte Version. Mit der Zeit werden wir weiterhin zu einem noch besseren Verständnis gelangen. Wer weiß, wo in unserem Verständnis über die Komplexität des menschlichen Gehirns in 100 Jahren von heute sein wird. Das ist Evolution.

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