Erblindung durch Gen-Mutation führt gleichzeitig zu höherer Intelligenz

Wenn Gene mutieren, kann dies zu schweren Erkrankungen des menschlichen Nervensystems führen. Wissenschaftler der Universitäten Leipzig und Würzburg konnten am Modell der Fruchtfliege nachweisen, dass die Mutation eines neuronalen Gens, die zur Erblindung führt, einen erhöhten Intelligenzquotienten beim Menschen bewirken kann.

Synapsen sind die Kontaktstellen im Gehirn über die Nervenzellen miteinander „kommunizieren“. Störungen dieser Verständigung münden in Erkrankungen des Nervensystems, da dieser komplexe molekulare Mechanismus etwa durch veränderte synaptische Eiweiße beeinträchtigt sein kann. Daraus können milde Symptome, aber auch sehr starke Behinderungen bei den Betroffenen entstehen.

Das Interesse der beiden Neurobiologen Prof. Tobias Langenhan aus Leipzig und Prof. Manfred Heckmann aus Würzburg wurde geweckt, als sie in einer wissenschaftlichen Publikation über eine Mutation lasen, die ein synaptisches Eiweiß schädigt. Diese genetische Veränderung führte nicht nur dazu, dass die Betroffenen erblindeten, sondern auch durch eine überdurchschnittliche Intelligenz auffielen. „Es ist sehr selten, dass eine Mutation zu einer Verbesserung statt zu einem Verlust an Funktionen führt“, hebt Langenhan, Professor und Lehrstuhlleiter am Rudolf-Schönheimer-Institut für Biochemie der Medizinischen Fakultät hervor.

Langenhan und Heckmann benutzen seit vielen Jahren das Modell der Fruchtfliegen, um synaptische Funktionen zu analysieren. „Unser Forschungsvorhaben war darauf angelegt, die Patientenmutation in das entsprechende Gen der Fliege einzufügen und mit Verfahren wie der Elektrophysiologie zu testen, was dann mit den Synapsen geschieht. Unsere Annahme: Die Mutation macht die Patienten deshalb so schlau, weil sie die Kommunikation zwischen den Nervenzellen, in die das verletzte Protein eingebunden ist, besser macht“, erklärt Langenhan. „Natürlich kann man die Messungen an den Synapsen nicht in den Hirnen der Patienten vornehmen. Man muss dafür auf Tiermodelle zurückgreifen“.

Mutation steigert Informationsübertragung an den Synapsen
Gemeinsam mit Forschenden aus Oxford konnten die Wissenschaftler zunächst zeigen, dass das Fliegenprotein RIM molekular genauso aussieht wie das des Menschen. Anschließend fügten die Neurobiologen Mutationen in das Fliegen-Genom ein, die denen der Erkrankten glichen und nahmen elektrophysiologische Messungen der Synapsenaktivität vor. „Wir konnten tatsächlich beobachten, dass die Tiere mit der Mutation eine weitaus gesteigerte Informationsübertragung an den Synapsen zeigten. Dieser erstaunliche Effekt auf die Fliegensynapsen findet sich wahrscheinlich so oder ähnlich auch bei den Patienten und könnte die gesteigerten kognitiven Leistungen, aber auch ihre Erblindung erklären”, schlussfolgert Langenhan.

Die gesteigerte Übertragung an den Synapsen wird laut der Wissenschaftler durch die molekularen Komponenten in der sendenden Nervenzelle hervorgerufen. Denn durch den Mutationseffekt rücken diese enger zusammen, was somit zu einer vermehrten Ausschüttung von Neurotransmittern führt. Zur Untersuchung dieser Reaktion wurde unter anderem eine neuartige Methode, die Superresolutions-Mikroskopie, genutzt. „Das gibt uns ein Werkzeug an die Hand, mit dem wir einzelne Moleküle betrachten und sogar zählen können und bestätigt uns darin, dass die Moleküle in der feuernden Zelle näher zusammenliegen als normalerweise“, erläutert Langenhan.
Unterstützt wurden die Wissenschaftler hierbei von der Forschungsgruppe um Prof. Hartmut Schmidt vom Leipziger Carl-Ludwig-Institut.

Die Fruchtfliege zeigt hohe genetische Ähnlichkeit mit dem Menschen
„Das Projekt zeigt sehr schön, wie man mit einem außergewöhnlichen Modelltier wie der Fruchtfliege ein sehr tiefes Verständnis von menschlichen Hirnerkrankungen erlangen kann. Die Tiere besitzen eine hohe genetische Ähnlichkeit mit dem Menschen. Man schätzt, dass 75 Prozent der krankheitsbetroffenen Gene des Menschen auch in der Fruchtfliege zu finden sind“, so Langenhan.

 „Wir haben mehrere gemeinsame Projekte mit Humangenetikern, Pathologen und dem Integrierten Forschungs- und Behandlungszentrum Adipositas-Erkrankungen begonnen, die sich am Universitätsklinikum mit Entwicklungsstörungen des Gehirns, der Entstehung von bösartigen Tumoren und Fettleibigkeit beschäftigen. Wir werden auch hier krankmachende Mutationen in die Fruchtfliege einsetzen, um menschliche Erkrankungen nachzubilden und besser zu verstehen“, ergänzt der Wissenschaftler aus Leipzig.

Originalpublikation:
Paul M et al. The human cognition-enhancing CORD7 mutation increases active zone number and synaptic release. Brain 2022.
doi.org/10.1093/brain/awac011