Genomanalyse: Was Nervenzellen unverwechselbar macht

Die Proteinvariationen, die durch den Vorgang des alternativen Spleißens entstehen, steuern die Identität und Funktion der Nervenzellen im Gehirn. Dies erlaubt es Organismen, mit einer limitierten Anzahl von Genen ein hochkomplexes neuronales Netzwerk aufzubauen, wie Forscher des Biozentrum der Universität Basel herausgefunden haben.

Das menschliche Gehirn besteht aus hunderten, wenn nicht sogar tausenden verschiedenen Arten von Nervenzellen, die durch ihre individuellen Eigenschaften unsere Hirnfunktionen steuern. Aber wie schaffen es die verschiedenen Typen von Zellen, ihre vielfältigen Eigenschaften auszubilden? Die Forschungsgruppe von Prof. Peter Scheiffele am Biozentrum der Universität Basel konnte nun in einer genomweiten Analyse nachweisen, dass das sogenannte alternative Spleißen zu einer Bandbreite von verschiedenen Varianten einzelner Proteine führt, mit der sich schließlich auch die Nervenzellen voneinander unterscheiden lassen.

Alternatives Spleißen definiert Zelltypen
Das alternative Spleißen ermöglicht es, dass von einem einzelnen Gen eine Vielzahl von unterschiedlichen Proteinvarianten gebildet werden können. Im Mausmodell hat das Team von Scheiffele nun solche sogenannten Spleißvarianten im Detail untersucht. “Wir konnten hunderte von Varianten identifizieren, die es möglich machen, die verschiedenen Zelltypen voneinander zu unterscheiden”, sagte Scheiffele. “Der dabei entstandene umfangreiche Datensatz bildet das breite Repertoire von Spleißvarianten in einzelnen Nervenzelltypen ab.”

Dieses Repertoire an Spleißvarianten in einer Nervenzelle bestimmt dabei maßgeblich ihre Identität und Funktion. “Obwohl alle neuronalen Zelltypen dieselben Gene enthalten, produzieren selbst nah verwandte Zelltypen unterschiedlichste Spleißvarianten”, erklärte Scheiffele. Besonders variantenreich sind dabei die Proteine an den Synapsen. Damit steuert der Spleiß-Prozess auch die Funktion des gesamten neuronalen Netzwerks im Gehirn.

Datenplattform für Forschende
Die Erhebung und Auswertung der umfangreichen Datensätze ist Teil des EU-geförderten Projektes SPLICECODE. In Zusammenarbeit mit dem universitären “Center for Scientific Computing”, kurz sciCORE, wurde eine Webseite erstellt, die es Forschenden weltweit erlaubt, die Rolle einzelner Spleissvarianten für Hirnfunktionen in weiterführenden Studien zu untersuchen.

Originalpublikation:
Furlanis E et al.: Landscape of ribosome-engaged transcript isoforms reveals extensive neuronal cell class-specific alternative splicing programs. Nature Neuroscience 26. August 2019

Quelle: Universität Basel