Beiträge aus der Wissenschaft

Wie hinterlassen Erinnerungen Spuren in der DNA? Epigenetische Signaturen durch synaptische Signale beeinflusst

18.08.2020 09:51

Wie hinterlassen Erinnerungen Spuren in der DNA? Epigenetische Signaturen durch synaptische Signale beeinflusst

Es wird allgemein angenommen, dass eine schnelle und reversible DNA-Methylierung im Gehirn für die Stabilität des Langzeitgedächtnisses wesentlich ist, aber es ist nur sehr wenig darüber bekannt, wie synaptische Signale die DNA-Methylierung steuern können, um dauerhafte Veränderungen in der plastizitätsbezogenen Genexpression hervorzurufen. Eine neue Studie der Gruppe von Michael R. Kreutz am Leibniz-Institut für Neurobiologie Magdeburg (LIN) zeigt einen Mechanismus auf, wie die Aktivität von Synapsen die Stabilität und Menge an DNA-methylierendem Enzym kontrolliert. Die Studie ist im Journal „Neuropsychopharmacology“ erschienen.

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Plötzlich gesund

Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.

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Der genetische Code in unserer DNA ist nicht „in Stein gemeißelt“ sondern durch biochemische Prozesse veränderbar. Dieses Phänomen nennt man Epigenetik. Die DNA-Methylierung ist die wichtigste und am besten untersuchte epigenetische Modifikation der DNA. Die Forschung hat gezeigt, dass sich die DNA-Methylierung auf die Feinabstimmung der Genexpression auf die neuronale Aktivität im Gehirn auswirkt. DNMT3A1 ist das primäre Enzym im erwachsenen Gehirn, das die DNA neu methyliert. Wie wird dieses Enzym reguliert, um passgenaue epigenetische Signaturen in der DNA zu setzen?

Neuronaler Mechanismus schafft Kontrolle

Die Autoren der Studie haben einen Mechanismus entdeckt, der die synaptische Kontrolle der DNMT3A1-Spiegel in Neuronen ermöglicht. Dadurch entsteht ein aktivitätsabhängiges Zeitfenster für eine reduzierte DNA-Neu-Methylierung an einer Gruppe von Zielgenen. Um das Enzym zielgerichtet abzubauen, wird es mit einem Marker, einer sogenannten Neddylierung, biochemisch gekennzeichnet. Das geschieht beispielsweise, wenn Mäuse lernen, sich an die exakte Platzierung von Objekten in einer Arena zu erinnern. Wenn dieser Neddylierungs-Prozess blockiert wird, sind Synapsen weniger plastisch und die Mäuse haben ein deutlich schlechteres Erinnerungsvermögen. „Wir wollten wissen, wie Synapsen DNA-Methylierung steuern können und warum der kontrollierte Abbau des DNA-Methylierungsenzyms so wichtig für das Gedächtnis ist. Wir fanden heraus, dass eines der Target-Gene der Plastizitätsfaktor BDNF ist, der speziell für solche räumlichen Lern- und Gedächtnisprozesse eine zentrale Rolle spielt“, erklärt Erstautorin Gonca Bayraktar. „Diese Befunde sind spannend, weil bekannt ist, dass Störungen in der DNA-Methylierung auch eine Begleiterscheinung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Schizophrenie oder Depression sind, und dass das BDNF-Genprodukt auch bei diesen Krankheiten stark reduziert ist“.

Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) Magdeburg

Das LIN ist ein Grundlagenforschungsinstitut, das sich Lern- und Gedächtnisprozessen im Gehirn widmet. Das LIN wurde 1992 als Nachfolgeeinrichtung des Institutes für Neurobiologie und Hirnforschung der Akademie der Wissenschaften der DDR gegründet und ist seit 2011 Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Es bildet einen der Eckpfeiler des Neurowissenschaftsstandortes Magdeburg. Das LIN beherbergt moderne Labore für die neurowissenschaftliche Forschung – vom Hightech-Mikroskop bis zum Kernspintomographen.
Aktuell arbeiten rund 230 Personen am LIN, davon ungefähr 150 Wissenschaftler aus rund 28 Ländern. Sie erforschen kognitive Prozesse und deren krankhafte Störungen im Gehirn von Mensch und Tier.