Muster in der genetischen Aktivität von Nervenzellen erkennen und daraus Rückschlüsse auf den Aufbau des Gehirns ziehen: Wie das möglich ist, zeigt ein Team von Biologinnen und Biologen um Prof. Dr. Andrew Straw am Beispiel von Fruchtfliegen. Die Arbeiten zu der Studie fanden an der Universität Freiburg und am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien/Österreich statt.
Ansatz bei Enhancern
Die neue Methode, die das Team entwickelt hat, setzt bei den so genannten Enhancern an. Dies sind Abschnitte auf der DNA, die dafür sorgen, dass Gene verstärkt in bestimmten Teilen eines Lebewesens und zu spezifischen Zeitpunkten abgelesen werden. Als Grundlage diente eine Datenbank mit dreidimensionalen Bildern, welche die Aktivität einzelner Typen von Enhancern im Gehirn zeigen. Die Biologen nutzten einen Algorithmus zur automatischen Mustererkennung, um über die verschiedenen Bilder hinweg gemeinsame Aktivitätsmuster zu identifizieren. Das Team stellte fest, dass diese Muster in einigen Fällen mit bestimmten Hirnregionen korrespondierten. Der Nachweis für die Funktionalität der Methode ist gelungen, indem die Biologen sie zunächst auf gut erforschte Regionen im Gehirn der Fruchtfliege angewendet haben – nämlich jene, die für den Geruchssinn zuständig sind: Die Aktivitätsmuster der Enhancer haben die schon zuvor bekannte Anatomie dieser Regionen nachgezeichnet.
Präzisere Einblicke in die Anatomie
Im zweiten Schritt haben die Biologen die neue Methode genutzt, um jene Hirnregionen näher zu untersuchen, die für das Sehen der Fruchtfliege entscheidend sind. Damit ist es gelungen, präzisere Einblicke in deren Anatomie zu gewinnen: Neben elf schon vorher bekannten Regionen hat das Team anhand der Aktivitätsmuster der Enhancer 14 neue entdeckt, die vermutlich für den Sehsinn je unterschiedliche Funktionen erfüllen. Welche das sind, wollen die Forscherinnen und Forscher in künftigen Studien herausfinden.
Andrew Straw ist seit Januar 2016 Professor für Verhaltensneurobiologie und Tierphysiologie an der Fakultät für Biologie der Albert-Ludwigs-Universität und Mitglied des Bernstein Center Freiburg (BCF). Ebenso wie seine Forschungsassistenten Karin Panser und Dr. Laszlo Tirian arbeitete er vor dem Wechsel nach Freiburg am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Kollaboration mit Dr. Florian Schulze, Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung Forschungs-GmbH (VRVis) in Wien. Mit seiner Forschung verfolgt Straw das Ziel, den Aufbau und die Funktion des Gehirns besser zu verstehen. Damit will er die Grundlage für Therapien schaffen, die bei neuronalen Erkrankungen auf die jeweils betroffenen Regionen im Gehirn zielgenau einwirken. (idw, red)
*Das Gehirn einer Fruchtfliege umfasst viele unterschiedliche Regionen, die für das Sehen, das Riechen, das Schmecken und die Kontrolle von Bewegungen zuständig sind. Das Bild zeigt die Ergebnisse einer neuen Methode, die diese Hirnregionen automatisch identifiziert. Jede Farbe repräsentiert eine andere Region. Die Forscher haben die Methode genutzt, um bestimmte Areale zu entdecken, die an der Verarbeitung visueller Informationen beteiligt sind. Sie könnte auch dazu dienen, die Gehirne von Wirbeltieren besser zu erforschen.
Ergebnisse und Visualisierungen finden Sie hier.
Panser, K./Tirian, L./Schulze, F./Villalba, S./Jefferis, G./Bühler, K./Straw, A. (2016): Automatic segmentation of Drosophila neural compartments using GAL4 expression data reveals novel visual pathways. In: Current Biology.
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