Gene und Gehirn Lehrerfortbildung Freiburg i. Brsg.

Präsentation zum Thema: "Gene und Gehirn Lehrerfortbildung Freiburg i. Brsg."—  Präsentation transkript:

1 Gene und Gehirn Lehrerfortbildung 12.10.2001 Freiburg i. Brsg.
Gene und Gehirn Lehrerfortbildung Freiburg i. Brsg. Karl-Friedrich Fischbach Institut für Biologie III Schänzlestr.1 79104 Freiburg i. Brsg. WWW: KF Fischbach, Freiburg

2 Viele Gene sind im Tierreich hoch konserviert
Viele Gene sind im Tierreich hoch konserviert Schimpanse und Mensch haben mehr als 99% ihrer Gene gemeinsam. Bild aus Gould&Gould “Bewusstsein bei Tieren”, Spektrum Akademischer Verlag, 1994 KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

3 Frühe Entwicklungsstadien unterstreichen die nahe Verwandtschaft des Menschen zum Tier KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

4 KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

5 Ein wichtiges Ergebnis der Genomprojekte
Ein wichtiges Ergebnis der Genomprojekte ist, dass der Mensch nur etwa 2-3 mal soviel Gene hat wie eine Fliege oder ein Wurm. Fast zu jedem Gen einer Fliege gibt es ein oder mehrere homologe Gene im Menschen. Daraus folgt: Die Fliege ist ein ideales Modell- system für die Untersuchung der Genwirkungen bei Gehirnentwicklung und Verhalten KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

6 Neurogenetischer Ansatz
Neurogenetischer Ansatz wt Genom Gehirn Verhalten Wissen um Entwicklungsprozesse Wissen um Gehirnfunktionen mut. Genom Gehirn Verhalten KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

7 Am Fliegengehirns lassen sich grundlegende molekulare Entwicklungsmechanismen studieren. Zudem ist das Gehirn hinreichend komplex um vielfältiges Verhalten zu ermöglichen KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

8 Die Expression konservierter Gene für Transkriptionsfaktoren untergliedert die Längsachse des NS
KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

9 Die otd/OTX2 Gene sind Kausalfaktoren beim Bau des Vorderhirns Fliegen-otd und Menschen-OTX2 sind funktionell konserviert. KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

10 Die otd/OTX2 Gene sind Transkriptionsfaktoren, die den Ort festlegen, an denen das Entwicklungsprogramm „Vorderhirn“ ablaufen soll. Die Funktion der Gene ist konserviert. Dieses und andere Ergebnisse sind Indizien dafür, dass die gemeinsamen Vorfahren von Fliege und Mensch bereits ein bilateral symmetrisches Nervensystem und ein Gehirn besaßen. Einmal „erfunden“, wurden diese grundlegenden Genfunktionen kaum noch modifiziert. KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

11 Wie wird ein Gehirn verdrahtet?
KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

12 Wie finden sie zueinander?
Nervenzellen sind über lange Fortsätze miteinander spezifisch verknüpft. Wie finden sie zueinander? KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

13 http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm KFF 2001
KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

14 Mechanismen der Wegfindung
Kontaktführung Chemotaxis KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

15 Wachstumskegel bei Kontaktführung
Wachstumskegel bei Kontaktführung KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

16 Wie findet man Gene mit Bedeutung für Axonales Wegfindung?
Wie findet man Gene mit Bedeutung für Axonales Wegfindung? Durch die Isolierung von Defektmutanten! KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

17 Optischer Lobus von Wildtype (A) und rst Mutante (B)
KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

18 Zwei nahverwandte Zelladhäsionsmoleküle
Zwei nahverwandte Zelladhäsionsmoleküle (den neuronalen Phänotyp verursacht das Fehlen des Rst-Protein) KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

19 Optische Anlage in der Fliegenlarve
Optische Anlage in der Fliegenlarve Das Rst-Protein (rot) ist nur auf einer Subpopulation der Nervenzellen während der Entwicklung des Sehsystems exprimiert . KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

20 Eliminierung der rst vermittelten Positionsinformation durch globale Überexpression KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

21 Phänokopie des mutanten rst Phänotyps (kein Protein) durch Überexpression des rst-Gens (zuviel Protein): das Rst-Protein vermittelt Positionsinformation KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

22 Zusammenfassung „rst-Gen“
Zusammenfassung „rst-Gen“ Das rst-Gen kodiert für ein immunglobulinähnliches Transmembranprotein Das Rst-Protein ist an der axonalen Wegfindung beteiligt und auf den Wachstumskegeln und Axonen einiger junger Neurone exprimiert. Fehlen des Proteins (Nullmutante) und experimentelle Überexpression auf allen Neuronen (Transformante) haben das gleiche Ergebnis: Fehlgeleitete Nervenfasern. Damit ist das Rst-Protein ein Beispiel für ein neuronales Erkennungsmolekül KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

23 Zusammenfassung „Entwicklung“
Zusammenfassung „Entwicklung“ Konservierte Transkriptionsfaktoren legen die Längsachse des Nervensystems bei Insekten und Wirbeltieren fest Transmembranproteine verleihen den Neuronen „Tastsinn“ und setzen zugleich Oberflächenmarkierungen Neurone unterscheiden sich an ihren Oberflächen und ertasten die ihnen liebsten Partner KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

24 Teil II: Gene und Verhalten
Teil II: Gene und Verhalten Beispiele: Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz Genmutationen beinflussen Lernverhalten KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

25 Sexualverhalten bei Drosophila
Sexualverhalten bei Drosophila KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

26 WT-Verhalten dsf-Verhalten (dissatisfaction)
WT-Verhalten dsf-Verhalten (dissatisfaction) WT-Verhalten und dsf-Verhalten sind mit Links zum Balzverhalten von Drosophila WT und der Mutante dsf (dissatisfaction) hinterlegt. dsf- Männchen diskriminieren nicht mehr zwischen Männchen und Weibchen. KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

27 Welche Rolle spielt das Gehirn beim Sexualverhalten?
Welche Rolle spielt das Gehirn beim Sexualverhalten? KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

28 Gynander sind halb männlich, halb weiblich,
Gynander sind halb männlich, halb weiblich, die m/w-Gewebegrenzen verlaufen zufällig. KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

29 Seine Expression im ZNS markiert Neurone mit Bedeutung für das Sexual-
Auch das fruitless Gen ist für die Ausprägung des Sexualverhaltens wichtig. Seine Expression im ZNS markiert Neurone mit Bedeutung für das Sexual- verhalten von Drosophila. Es kodiert für einen Transkriptionsfaktor. KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

30 Teil II: Gene und Verhalten
Teil II: Gene und Verhalten Beispiele: Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz Genmutationen beinflussen Lernverhalten KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

31 Teil II: Gene und Verhalten
Teil II: Gene und Verhalten Zusammenfassung: Genmutationen beeinflussen Verhalten. Gehirne verändern sich aber auch durch Erfahrung (lebenslange Entwicklung) Lernvermögen ist ein „angeborener“ Instinkt von Nervensystemen KF Fischbach, Freiburg KFF 2001

32 Zusätzliche Quellen Drosophila Nervensystem http://www.flybrain.org
Zusätzliche Quellen Drosophila Nervensystem Neurogenetik KF Fischbach, Freiburg KFF 2001