Hvordan en genmutation fører til højere intelligens

Når gener muterer, kan dette føre til alvorlige sygdomme i det menneskelige nervesystem. Forskere ved Leipzig Universitet og Universitetet i Würzburg har nu brugt frugtfluer til at demonstrere, hvordan mutationen af ​​et neuronalt gen ud over den negative effekt kan have en positiv effekt – nemlig højere IQ hos mennesker. De har offentliggjort opdagelsen i tidsskriftet Brain .

Synapser er kontaktpunkterne i hjernen, via hvilke nerveceller "taler" med hinanden. Forstyrrelser i denne kommunikation fører til sygdomme i nervesystemet, da ændrede synaptiske proteiner for eksempel kan forringe denne komplekse molekylære mekanisme. Dette kan resultere i milde symptomer, men også meget alvorlige handicap hos de berørte.

Interessen hos de to neurobiologer professor Tobias Langenhan og professor Manfred Heckmann fra henholdsvis Leipzig og Würzburg blev vakt, da de i en videnskabelig publikation læste om en mutation, der skader et synaptisk protein. I starten tiltrak de berørte patienter videnskabsmænds opmærksomhed, fordi mutationen fik dem til at blive blinde. Lægerne bemærkede dog, at patienterne også var af intelligens over gennemsnittet. "Det er meget sjældent, at en mutation fører til forbedring frem for tab af funktion," siger Langenhan, professor og indehaver af en lærestol ved Rudolf Schönheimer Institute of Biochemistry ved Det Medicinske Fakultet.

De to neurobiologer fra Leipzig og Würzburg har i mange år brugt frugtfluer til at analysere synaptiske funktioner. "Vores forskningsprojekt var designet til at indsætte patienternes mutation i det tilsvarende gen i fluen og bruge teknikker som elektrofysiologi til at teste, hvad der så sker med synapserne. Det var vores antagelse, at mutationen gør patienterne så kloge, fordi den forbedrer kommunikationen mellem neuronerne, der involverer det skadede protein," forklarer Langenhan. "Selvfølgelig kan du ikke udføre disse målinger på synapserne i hjernen hos menneskelige patienter. Det skal du bruge dyremodeller til."

Tre fjerdedele af gener, der forårsager sygdomme hos mennesker, findes også i frugtfluer

For det første viste forskerne sammen med forskere fra Oxford, at flueproteinet kaldet RIM ser molekylært identisk ud med menneskers. Dette var essentielt for at kunne studere forandringerne i den menneskelige hjerne i fluen. I næste trin indsatte neurobiologerne mutationer i fluegenomet, der så ud præcis, som de gjorde hos de syge mennesker. De tog derefter elektrofysiologiske målinger af synaptisk aktivitet. "Vi observerede faktisk, at dyrene med mutationen viste en meget øget transmission af information ved synapserne. Denne fantastiske effekt på fluesynapserne findes sandsynligvis på samme eller lignende måde hos menneskelige patienter, og kunne forklare deres øgede kognitive ydeevne, men også deres blindhed," slutter professor Langenhan.

Forskerne opdagede også, hvordan den øgede transmission ved synapserne opstår:De molekylære komponenter i den transmitterende nervecelle, der udløser de synaptiske impulser, rykker tættere sammen som følge af mutationseffekten og fører til øget frigivelse af neurotransmittere. En ny metode, superopløsningsmikroskopi, var en af ​​de teknikker, der blev brugt i undersøgelsen. "Dette giver os et værktøj til at se på og endda tælle individuelle molekyler og bekræfter, at molekylerne i fyringscellen er tættere på hinanden, end de normalt er," siger professor Langenhan, der også blev assisteret i undersøgelsen af ​​professor Hartmut Schmidts forskergruppe fra Carl Ludwig Instituttet i Leipzig.

"Projektet demonstrerer smukt, hvordan et ekstraordinært modeldyr som frugtfluen kan bruges til at opnå en meget dyb forståelse af menneskelig hjernesygdom. Dyrene minder genetisk meget om mennesker. Det anslås, at 75 procent af generne involverer sygdom hos mennesker findes også i frugtfluen,« forklarer professor Langenhan og peger på yderligere forskning om emnet på Det Medicinske Fakultet. "Vi har startet flere fælles projekter med humangenetikere, patologer og teamet fra Integrated Research and Treatment Center (IFB) AdiposityDiseases; baseret på Leipzig Universitetshospital studerer de udviklingsmæssige hjernesygdomme, udvikling af ondartede tumorer og fedme. Her, også vil vi indsætte sygdomsfremkaldende mutationer i frugtfluen for at replikere og bedre forstå menneskelig sygdom."