Wanneer genen muteren, kan dit leiden tot ernstige ziekten van het menselijk zenuwstelsel. Onderzoekers van de Universiteit van Leipzig en de Universiteit van Würzburg hebben nu fruitvliegen gebruikt om aan te tonen hoe, afgezien van het negatieve effect, de mutatie van een neuronaal gen een positief effect kan hebben, namelijk een hoger IQ bij mensen. Ze hebben de ontdekking gepubliceerd in het tijdschrift Brain .

Synapsen zijn de contactpunten in de hersenen via welke zenuwcellen met elkaar "praten". Verstoringen in deze communicatie leiden tot ziekten van het zenuwstelsel, omdat veranderde synaptische eiwitten bijvoorbeeld dit complexe moleculaire mechanisme kunnen aantasten. Dit kan leiden tot milde symptomen, maar ook tot zeer ernstige handicaps bij de getroffenen.

De interesse van de twee neurobiologen prof.dr. Tobias Langenhan en prof.dr. Manfred Heckmann, respectievelijk uit Leipzig en Würzburg, werd gewekt toen ze in een wetenschappelijke publicatie lazen over een mutatie die een synaptisch eiwit beschadigt. Aanvankelijk trokken de getroffen patiënten de aandacht van wetenschappers omdat de mutatie ervoor zorgde dat ze blind werden. Doktoren merkten toen echter dat de patiënten ook bovengemiddeld intelligent waren. "Het komt zelden voor dat een mutatie leidt tot verbetering in plaats van functieverlies", zegt Langenhan, hoogleraar en leerstoelhouder aan het Rudolf Schönheimer Instituut voor Biochemie aan de Faculteit der Geneeskunde.

De twee neurobiologen uit Leipzig en Würzburg gebruiken al jaren fruitvliegjes om synaptische functies te analyseren. "Ons onderzoeksproject was bedoeld om de mutatie van de patiënt in het overeenkomstige gen in de vlieg in te voegen en technieken zoals elektrofysiologie te gebruiken om te testen wat er dan met de synapsen gebeurt. We gingen ervan uit dat de mutatie patiënten zo slim maakt omdat het de communicatie tussen de neuronen die betrokken zijn bij het beschadigde eiwit", legt Langenhan uit. "Natuurlijk kun je deze metingen niet doen aan de synapsen in de hersenen van menselijke patiënten. Daar moet je diermodellen voor gebruiken."

Driekwart van de genen die ziekten bij mensen veroorzaken, bestaat ook in fruitvliegjes

Ten eerste toonden de wetenschappers, samen met onderzoekers uit Oxford, aan dat het vliegeneiwit genaamd RIM er moleculair identiek uitziet aan dat van mensen. Dit was essentieel om de veranderingen in het menselijk brein in de vlieg te kunnen bestuderen. In de volgende stap brachten de neurobiologen mutaties in het genoom van de vlieg in die er precies zo uitzagen als bij de zieke mensen. Vervolgens namen ze elektrofysiologische metingen van synaptische activiteit. "We hebben zelfs waargenomen dat de dieren met de mutatie een veel verhoogde overdracht van informatie bij de synapsen vertoonden. Dit verbazingwekkende effect op de synapsen van vliegen wordt waarschijnlijk op dezelfde of vergelijkbare manier gevonden bij menselijke patiënten, en zou hun verhoogde cognitieve prestaties kunnen verklaren, maar ook hun blindheid", besluit professor Langenhan.

De wetenschappers ontdekten ook hoe de verhoogde transmissie bij de synapsen plaatsvindt:de moleculaire componenten in de verzendende zenuwcel die de synaptische impulsen activeren, komen als gevolg van het mutatie-effect dichter bij elkaar en leiden tot een verhoogde afgifte van neurotransmitters. Een nieuwe methode, superresolutiemicroscopie, was een van de technieken die in het onderzoek werden gebruikt. "Dit geeft ons een hulpmiddel om individuele moleculen te bekijken en zelfs te tellen en bevestigt dat de moleculen in de afvuurcel dichter bij elkaar staan ​​dan ze normaal zijn", zegt professor Langenhan, die ook werd bijgestaan ​​​​in het onderzoek door de onderzoeksgroep van professor Hartmut Schmidt van het Carl Ludwig Instituut in Leipzig.

"Het project laat prachtig zien hoe een buitengewoon modeldier als de fruitvlieg kan worden gebruikt om een ​​zeer diep begrip te krijgen van hersenziekte bij de mens. De dieren lijken genetisch sterk op mensen. komen ook voor in de fruitvlieg", legt professor Langenhan uit, wijzend op verder onderzoek over het onderwerp aan de Faculteit der Geneeskunde. "We zijn verschillende gezamenlijke projecten gestart met menselijke genetici, pathologen en het team van het Integrated Research and Treatment Center (IFB) AdiposisityDiseases; ze bestuderen vanuit het Universitair Ziekenhuis van Leipzig ontwikkelingsstoornissen in de hersenen, de ontwikkeling van kwaadaardige tumoren en obesitas. Hier, ook zullen we ziekteverwekkende mutaties in de fruitvlieg inbrengen om menselijke ziekten te repliceren en beter te begrijpen."