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Epigenetische Signaturen Wie das Gehirn auf den Genen schreibt

Redakteur: Christian Lüttmann

Unsere Gene haben einen Einfluss auf unser Denken. So ändern etwa Methylierungsprozesse die Leistung des Langzeitgedächtnisses. Aber auch umgekehrt kann das Gehirn Einfluss auf die Gene nehmen. Wie synaptische Aktivität Spuren in der DNA hinterlässt, haben nun Forscher des Leibniz-Instituts für Neurobiologie untersucht.

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Aktivität in bestimmten Neuronen kann auch unsere Gene beeinflussen, über den Prozess der DNA-Methylierung (Symbolbild)
Aktivität in bestimmten Neuronen kann auch unsere Gene beeinflussen, über den Prozess der DNA-Methylierung (Symbolbild)
(Bild: gemeinfrei, ColiN00B / Pixabay )

Magdeburg – Der genetische Code in unserer DNA ist nicht absolut festgelegt, sondern durch biochemische Prozesse veränderbar. Dieses Phänomen nennt man Epigenetik. Eine der wichtigsten und am besten untersuchten epigenetischen Modifikationen der DNA ist die so genannte DNA-Methylierung. Dabei werden kleine Molekülgruppen (Methylreste) in die DNA-Basen eingebaut.

Die Forschung hat gezeigt, dass sich die DNA-Methylierung auf die Feinabstimmung der Genexpression auswirkt – und zwar darauf, wie Gene die neuronale Aktivität im Gehirn beeinflussen. Hauptverantwortlich für die DNA-Methylierung im erwachsenen Gehirn ist das primäre Enzym der Bezeichnung DNMT3A1. Eine Forschergruppe um Michael R. Kreutz vom Leibniz-Institut für Neurobiologie Magdeburg (LIN) hat nun untersucht, wie dieses Enzym reguliert wird, um passgenaue epigenetische Signaturen in der DNA zu setzen?

Wechselspiel von Gehirn und Genen

Die Autoren der Studie haben einen Mechanismus entdeckt, der den DNMT3A1-Spiegel in Neuronen kontrolliert. Dieser Mechanismus öffnet ein Zeitfenster, in dem eine reduzierte DNA-Neu-Methylierung an einer Gruppe von Zielgenen stattfindet.

Um das Enzym zielgerichtet abzubauen, wird es mit einem Marker biochemisch gekennzeichnet. Das geschieht beispielsweise, wenn Mäuse lernen, sich an die exakte Platzierung von Objekten in einer Arena zu erinnern. Wenn diese Kennzeichnung mit Biomarkern aber blockiert wird, haben die Mäuse ein deutlich schlechteres Erinnerungsvermögen.

„Wir wollten wissen, wie Synapsen die DNA-Methylierung steuern können und warum der kontrollierte Abbau des DNA-Methylierungsenzyms so wichtig für das Gedächtnis ist“, sagt Erstautorin Gonca Bayraktar. „Wir fanden heraus, dass eines der Target-Gene der Plastizitätsfaktor BDNF ist, der speziell für solche räumlichen Lern- und Gedächtnisprozesse eine zentrale Rolle spielt. Dieser Befund ist spannend, weil bekannt ist, dass das BDNF-Genprodukt bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie oder Depression stark reduziert ist.“ Die Studienergebnisse könnten also neue Ansätze zum Verständnis und zur Behandlung solcher Krankheiten liefern.

Originalpublikation: Gonca Bayraktar, PingAn Yuanxiang, Alessandro D. Confettura, Guilherme M. Gomes, Syed A. Raza, Oliver Stork, Shoji Tajima, Isao Suetake, Anna Karpova, Ferah Yildirim & Michael R. Kreutz: Synaptic control of DNA methylation involves activity-dependent degradation of DNMT3A1 in the nucleus, Neuropsychopharmacology (2020); DOI: 10.1038/s41386-020-0780-2

(ID:46812584)