Das Gen, dem wir unser großes Gehirn verdanken

Hirnorganoide liefern Einblicke in die Evolution des menschlichen Gehirns.

ARHGAP11B – diesen komplexen Namen trägt ein Gen, das nur beim Menschen vorkommt und das eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung des Neocortex spielt. Welche Bedeutung ARHGAP11B bei der Neocortex-Entwicklung im Verlauf der menschlichen Evolution hatte, hat ein Team aus Forscher*innen vom Deutschen Primatenzentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen, vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden und vom Hector Institut für Translationale Hirnforschung (HITBR) in Mannheim untersucht. Dazu hat das Team erstmals ein Gen, das nur im Menschen existiert, in im Labor gezüchtete Hirnorganoide unserer nächsten lebenden Verwandten, den Schimpansen, eingebracht.

„In einer früheren Studie konnten wir zeigen, dass ARHGAP11B ein Primatengehirn vergrößern kann. Unklar war bislang aber, ob ARHGAP11B eine Haupt- oder nur eine Nebenrolle bei der evolutionären Vergrößerung des menschlichen Neocortex hatte“, sagt Wieland Huttner vom MPI-CBG. Um das zu klären, wurde das Gen zunächst in hirnventrikelähnliche Strukturen von Schimpansen-Organoiden eingebracht. Würde ARGHAP11B dazu führen, dass sich im Schimpansen-Gehirn jene Hirnstammzellen vermehren, die für die Vergrößerung des Neocortex notwendig sind? „Unseres Studie zeigt, dass das Gen in Schimpansen-Organoiden für eine Vermehrung der relevanten Hirnstammzellen und für einen Anstieg an jenen Nervenzellen sorgt, die eine entscheidende Rolle für die außergewöhnlichen geistigen Fähigkeiten des Menschen spielen“, sagt Michael Heide, federführender Hauptautor der Studie, Leiter der Nachwuchsgruppe Gehirnentwicklung und -evolution am DPZ und Mitarbeiter am MPI-CBG.

Wurde das ARGHAP11B-Gen in menschlichen Hirnorganoiden ausgeschaltet oder die Funktion des ARHGAP11B-Proteins gehemmt, so sank die Menge dieser Hirnstammzellen auf das Niveau eines Schimpansen. „Wir konnten damit zeigen, dass ARHGAP11B bei der Neocortex-Entwicklung im Verlauf der menschlichen Evolution eine entscheidende Rolle spielt“, sagt Heide. Dem fügt Julia Ladewig vom HITBR, die dritte im Bunde der federführenden Autoren, hinzu: „In Anbetracht dieser wichtigen Rolle von ARHGAP11B ist es darüber hinaus denkbar, dass bestimmte Fehlentwicklungen des Neocortex möglicherweise durch Mutationen in diesem Gen verursacht werden.“