TOKIO / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass sogenannte ‘springende Gene’ eine entscheidende Rolle bei der Evolution des Säugetiergehirns gespielt haben. Diese transponierbaren Elemente, einst als ‘Junk-DNA’ abgetan, haben die Genregulationsnetzwerke während der neuronalen Entwicklung erweitert. Diese Erkenntnisse könnten die Strategien zur Erzeugung spezifischer neuronaler Zellen aus Stammzellen verfeinern, um neurodegenerative Erkrankungen zu bekämpfen.
Die Evolution des menschlichen Gehirns ist ein faszinierendes Thema, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigt. Eine neue Studie von Forschern der Kindai University in Japan hat nun gezeigt, dass transponierbare Elemente (TEs), oft als ‘springende Gene’ bezeichnet, eine entscheidende Rolle in diesem Prozess gespielt haben. Diese DNA-Sequenzen, die sich innerhalb des Genoms bewegen können, wurden lange Zeit als nicht funktional oder als ‘Junk-DNA’ betrachtet. Doch die aktuelle Forschung legt nahe, dass sie maßgeblich zur Komplexität und Diversität der Genregulation im Gehirn beigetragen haben.
Die Studie, die im Journal Genome Biology veröffentlicht wurde, zeigt, dass TEs während der neuronalen Entwicklung als evolutionäre Kuriere fungierten. Sie verbreiteten wichtige regulatorische Motive, die es dem Säugetiergehirn ermöglichten, komplexere und diversifiziertere Genregulationsnetzwerke zu entwickeln. Insbesondere wurden über 20.000 TE-abgeleitete Bindungsstellen für die Transkriptionsfaktoren Sox2 und Brn2 identifiziert, die entscheidend für die Umwandlung von Stammzellen in Neuronen sind.
Ein bemerkenswerter Aspekt der Studie ist die Identifizierung spezifischer TE-Familien, wie MER51 und MER49, die als Vehikel zur Verbreitung regulatorischer Motive während der Primatenevolution dienten. Diese Elemente haben ‘Enhancer-ähnliche’ Funktionen erworben, die bestimmen, wann und wo nahegelegene Gene während der neuronalen Verpflichtung aktiviert werden. Die Forschung zeigt, dass eine größere Anzahl von TEs in neuralen Vorläuferzellen (NPCs) aktive regulatorische Funktionen aufweist als in embryonalen Stammzellen (ESCs).
Die Ergebnisse der Studie unterstützen ein Zwei-Phasen-Modell der Gehirnregulation: eine alte Kernstruktur, die bis zu frühen Wirbeltieren zurückreicht, gefolgt von einer massiven Expansion durch TEs während der Evolution der Plazentatiere und Primaten. Diese Erkenntnisse könnten nicht nur unser Verständnis der Genom-Evolution und -Regulation grundlegend verändern, sondern auch neue Wege zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen eröffnen, indem sie die Entwicklung spezifischer neuronaler Zelltypen aus Stammzellen verbessern.
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