Bestrahlung und Gehirngene

06.10.2015

Wenn man von den molekularen Prozessen spricht, die für die Aufnahme von Informationen im Gehirn sorgen, meint man damit meist, dass in Nervenzellen die Aktivität bestimmter Gene gesteigert wird. Es ist bekannt, dass während der Gedächtnisbildung neue Verbindungen zwischen Neuronen hergestellt werden, neue Synapsen entstehen, wodurch zusätzliche Nervenketten gebildet werden - die materielle Basis des Gedächtnisses. Damit eine Synapse entsteht, ist es notwendig, dass spezielle Proteine ​​auftreten, daher liegt der Schluss nahe, dass auch Gene aktiver arbeiten müssen – dies wird durch zahlreiche Experimente bestätigt.

Es könnte aber auch umgekehrt sein: Forscher der Seoul National University fanden heraus, dass im Hippocampus der Maus, einem der wichtigsten Gedächtniszentren des Gehirns, die genetische Aktivität nachlässt, wenn Erinnerungen geschrieben werden. Neurowissenschaftler haben bei Tieren die Angewohnheit entwickelt, sich vor bestimmten Umgebungen zu fürchten: Wenn eine Maus in einem speziellen Käfig war, wurde sie geschockt; Als sie dann wieder in diesen Käfig kam, "schaltete" sich die Angst von selbst ein, ohne jegliche Reize - mit anderen Worten, die Mechanismen des Auswendiglernens und Lernens funktionierten.

Um herauszufinden, was in der molekularen Küche des Gehirns vor sich geht, wurden Tiere auf den Satz und die Menge an RNA in Hippocampus-Zellen analysiert, und zwar nicht nur RNA, sondern genau die, die an der Proteinproduktion beteiligt waren, an den Protein-synthetisierenden Maschinen , Ribosomen, ges. Und die Moleküle wurden nicht analysiert, nachdem sich die Maus daran erinnert hatte, wovor sie Angst haben sollte, sondern nach 5, 10, 30 Minuten und vier Stunden nach den "Angstsitzungen" - ein solches Experiment ermöglichte es, die Dynamik molekularer Veränderungen zu sehen.

Die Genaktivität kann durch zwei Prozesse bestimmt werden, Transkription und Translation. Im ersten Stadium, im Stadium der Transkription, wird eine RNA-Kopie aus der DNA entfernt bzw. mehr RNA auf aktiven Genen und weniger auf inaktiven Genen synthetisiert. Auf der zweiten Stufe, der Stufe der Translation, werden Proteinmoleküle an RNA synthetisiert: An aktiven RNAs wird mehr Protein synthetisiert, an inaktiven weniger (d. h. wir meinen hier streng genommen RNA-Aktivität). Wissenschaftler konnten 104 Gene "einfangen", deren Aktivität zu verschiedenen Zeitpunkten auf der Ebene der Transkription oder Translation recht stark variierte. Während der ersten 10 Minuten blieb die Synthese neuer RNAs auf den Genen gleich, sie wurden nicht mehr oder weniger (dh die Intensität der Transkription änderte sich nicht), was nicht über die Übersetzung gesagt werden konnte, das heißt ungefähr die Synthese von Eiweißmolekülen auf RNA – hier traten die Veränderungen sofort ein. (Was nicht überraschend ist: Die Proteinsynthese reagiert schneller als die RNA-Synthese auf sich ändernde Umweltbedingungen und Zellbedürfnisse.) Im Allgemeinen hat die Transkription die Translation 30 Minuten nach der Trainingseinheit eingeholt.

Die größte Überraschung war, worin genau die Veränderungen bestanden: Die Aktivität vieler Gene sank. Bereits fünf Minuten später verlangsamte sich die Syntheserate von Proteinen, die von mehr als der Hälfte der von den Veränderungen betroffenen Gene kodiert werden. Nach einer halben Stunde verstummten 31 von 42 RNA-Typen, nach vier Stunden stoppte die Translation bei 48 von 55. Die Hemmung war stabil, in dem Sinne, dass diejenigen RNAs, bei denen die Proteinsynthese nach einer halben Stunde aufhörte, weiter verstummten .

Die Autoren der Arbeit stellen fest, dass die Aktivität von mehr als der Hälfte dieser Gene von einem Molekül namens Alpha-Östrogenrezeptor ESR1 abhing: Je weniger es synthetisiert wurde, desto weniger waren es alle anderen. Wurde der ESR1-Spiegel künstlich erhöht, wirkte sich dies sowohl auf die Dynamik anderer Moleküle als auch auf die Fähigkeit von Mäusen, sich daran zu erinnern, wovor sie Angst haben sollten, entsprechend aus. Ein ähnlicher Effekt wurde beim Nrsn1-Gen beobachtet: Wurde die Proteinsynthese auf der RNA des Nrsn1-Gens stimuliert, lernten die Tiere schlechter. Das heißt, die Forscher fanden nicht nur einen seltsamen molekularen Effekt, sondern korrelierten ihn auch mit kognitiven Veränderungen.

Warum es notwendig ist, die Synthese einer ziemlich großen Anzahl von Proteinen auszuschalten, um ein Gedächtnis zu bilden, weiß bisher niemand, aber die Tatsache selbst ist so bemerkenswert, dass Biologen offensichtlich alles tun werden, um deren Funktionen herauszufinden diese Gene so schnell wie möglich. Einer Version zufolge sollen sie verhindern, dass sich das Gehirn absolut alles merken kann, sie spielen also die Rolle einer Sicherung, die uns vor einer Informationsflut schützt. Und wenn es darum geht, sich wirklich an etwas zu erinnern, müssen solche Gene ausgeschaltet werden.

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