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Dresdner Forscher entschlüsseln das Gehirn

Auf Leben und Tod: Ausgerechnet ein sonst verhängnisvoller Mechanismus macht den Menschen zum Menschen.

Von Stephan Schön
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Die Kraftwerke rings um den Zellkern der  Nervenzellen entscheiden darüber, wie oft sich eine Zelle teilen kann.
Die Kraftwerke rings um den Zellkern der Nervenzellen entscheiden darüber, wie oft sich eine Zelle teilen kann. © MPI CBG

Die Größe des menschlichen Gehirns hat im Laufe der Evolution erheblich zugenommen. Warum und wie, das gilt bislang als eines der größten Rätsel der Biologie.  Wissenschaftler vom Dresdner Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (CBG) haben nun entdeckt, was den Menschen zum Menschen macht. Was letzlich seine Gehirngröße auf das für ihn nötige Maß wachsen ließ.

Ein bestimmtes Gen, das nur der Mensch besitzt,  veranlasst das Wachstum. Es bilden sich deutlich mehr Stammzellen. Folglich können mehr Nervenzellen entstehen - es ist die Voraussetzung für ein größeres, unser menschliches Gehirn. 

Die Forschungsgruppe von Wieland Huttner, einem der Gründungsdirektoren des CBG, erforscht seit vielen Jahren die molekularen Mechanismen, die der Vergrößerung des Gehirns während der Evolution von Säugetieren zugrunde liegen. Im Jahr 2015 berichteten die Forscher über die Schlüsselrolle eines bestimmten Gens. Dieses kommt nur  bei uns Menschen und bei unseren nächsten ausgestorbenen Verwandten vor,  den Neandertalern und den  Denisova-Menschen. Gen ARHGAP11B bewirkt, dass sich die sogenannten  Hirnstammzellen vermehren und dadurch mehr Nervenzellen gebildet werden können, was letztendlich zu einem größeren und gefalteten Gehirn führt.

Doch wie dieses Hirngrößen-Gen wirklich funktioniert, war bisher völlig unbekannt.  Die Dresdner Forscher zeigen nun weltweit erstmals, dass ARHGAP11B  im Kraftwerk der Zellen sitzt – in den Mitochondrien. Darüber berichten sie am Montag in der Fachzeitschrift Neuron. Und auch über einen geradezu sensationellen Vorgang in diesen Kraftwerken.

Leben statt Tod

"Das menschliche Gehirn konnte so groß werden, weil in der fötalen Gehirnentwicklung die relevanten Stammzellen einen krebsartigen Stoffwechsel hatten und sich deshalb so häufig teilen konnten. Unsere Studie hat diesen Zusammenhang herausgefunden", sagt Wieland Huttner der SZ. Was sonst eine tödliche Kettenreaktion im Körper auslöst, dieses ungebremste Zellwachstum, es ist in diesem Falle die Voraussetzung für den Menschen.

Takashi Namba, Postdoktorand in Huttners  Forschungsgruppe am CBG, hat herausgefunden, dass es ARHGAP11B über einen komplexen chemischen Weg gelingt, zusätzliche chemische Energie zu erzeugen.  "Auf diese Weise kann ARHGAP11B basale Hirnstammzellen dazu bringen, einen größeren Pool von Stammzellen zu bilden.“

Dieser Mechanismus wohnt aber auch Tumorzellen inne, erklärt Huttner. Es gibt dabei jedoch einen entscheidenden Unterschied: Die entsprechenden Hirnstammzellen sind nur in einem begrenzten Zeitraum für diese Art Zellwachstum aktiviert.

Einer der ganz großen Fragen der Menscheit ist das Huttner-Team ein Stück weit näher gekommen. Jetzt aber tun sich neue Fragen auf: Warum und was stoppt diesen krebsartigen Vorgang in den Hirnstammzellen letztlich? Und könnte dieser bisher unbekannte Stopp-Mechanismus vielleicht auch ein Vorgang sein, um das ungebremste Tumor-Wachstum einmal zu stoppen?