Wie das Hirn beim Lernen Gene einschaltet

Boston (USA) - Beim Lernen verändern sich Zellen im Gehirn. Sie schalten Gene ein und bilden neue Verbindungen untereinander. In Experimenten mit Hirnzellen von Mäusen haben amerikanische Forscher jetzt entdeckt, wie die Genaktivierung abläuft. Dabei spielen kleine DNA-Abschnitte, so genannte Enhancer, eine wichtige Rolle. Sie tragen die Information zur Bildung kleiner RNA-Moleküle. Wird eine Hirnzelle durch einen Botenstoff aktiviert, entstehen zahlreiche Enhancer-RNAs (eRNAs), die dann auf noch unbekannte Weise helfen, die für Lernen und Gedächtnis wichtigen Gene einzuschalten. Eine Störung dieses Prozesses könnte die Ursache für neurologische und psychische Krankheiten sein, schreiben die Wissenschaftler online im Fachjournal "Nature".

"Wir haben herausgefunden, dass es, verteilt über das gesamte Genom, Tausende solcher Enhancer gibt und dass sie notwendig sind, um Erfahrungen in neue synaptische Verbindungen umzusetzen", sagt Michael Greenberg von der Harvard Medical School in Boston. Er und seine Kollegen untersuchten mit Kulturen von Mäusehirnzellen, wie sich die Aktivitäten von Genen verändern, wenn die Zellen durch ein experimentell erzeugtes elektrisches Signal stimuliert werden. Mithilfe neuester molekularbiologischer Methoden identifizierten sie 12.000 Enhancer-Regionen im Erbgut, die als Vorlage für die Produktion kleiner RNAs dienten. Damit gekoppelt war die Aktivierung mehr oder weniger nahe gelegener Gene.

Offenbar stellt die Produktion der eRNAs einen wichtigen Schritt einer Reaktionskette dar, mit der Nervenzellen auf äußere Reize reagieren, vermuten die Forscher. Diese Wirkung auf die Aktivität von Genen ist die Grundlage für Lernprozesse und das Speichern von Erinnerungen. Welche weiteren Reaktionen dann ablaufen, bis schließlich neue Nervenverbindungen über Synapsen entstehen, müssen zukünftige Arbeiten zeigen. Die Genregulation über eRNAs, so Greenberg, ist wahrscheinlich von genereller Bedeutung und dürfte auch in vielen anderen Zelltypen von Säugetieren eine wichtige Rolle spielen.