Autismus : Sprünge im Kopf

Der Hirnforscher Fred Gage glaubt, dass herumirrende Gene im Gehirn Autismus verursachen könnten. Gage geht es bei seiner Theorie aber noch um weit mehr.

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Webfehler im Erbgut. In manchen Fällen kann Autismus durch eine genetische Veränderung verursacht werden. Das Bild zeigt ein autistisches Mädchen und ist eines der Unicef-Fotos des Jahres 2009.
Webfehler im Erbgut. In manchen Fällen kann Autismus durch eine genetische Veränderung verursacht werden. Das Bild zeigt ein...Foto: Milan Jaros/dpa

Autismus kommt in vielen Formen vor. Eine von ihnen heißt Rett-Syndrom. Es sind fast ausschließlich Mädchen, die daran erkranken. Bis zu eineinhalb Jahren entwickeln sie sich ganz normal, doch dann steht die Entwicklung plötzlich still und kehrt sich sogar um. Die Kinder verlieren ihr Interesse für Spielzeug, vergessen bereits Gelerntes. Meist können sie nicht ohne Hilfe laufen und lernen nicht zu sprechen. Die Krankheit ist sehr selten: Im Schnitt gibt es in Deutschland jedes Jahr 50 neue Fälle.

Schon 1998 identifizierten Forscher das Gen MeCP2 auf dem X-Chromosom, dem weiblichen Geschlechtschromosom, als Ursache der Krankheit. Durch einen Gentest ist die Diagnose sehr viel einfacher geworden. Welche Bedeutung das Gen aber hat und warum ein Defekt das Rett-Syndrom auslöst, war bisher völlig unklar. Nun haben Forscher vom Salk-Institut und der Universität von Kalifornien in San Diego eine Funktion des Gens entdeckt: Offenbar aktiviert es „springende Gene“, die sich dann im Erbgut von Gehirnzellen hin- und herbewegen. Das könnte auch die Ursache der Krankheit sein, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ (Band 468, Seite 443).

Die Entdeckung ist auch deswegen interessant, weil sie eines der großen Rätsel der modernen Biologie betrifft: die Frage, warum unser Genom so groß ist. In jedem Biologieschulbuch steht, wofür das Erbgut in unseren Zellen da ist: Es ist die Anleitung, nach der die Zelle Eiweiße (Proteine) aufbaut. Mit deren Hilfe erfüllt die Zelle ihre Funktionen, bewegt sich, ernährt sich, vermehrt sich. Aber die Bauanweisungen für die knapp 25 000 menschlichen Proteine nehmen weniger als fünf Prozent des menschlichen Erbguts in Anspruch. Wofür der Rest gut ist, ist weitgehend unklar. Die „dunkle Materie“ im menschlichen Genom wird deswegen auch als „Junk-DNS“, als Müll bezeichnet.

Einen Großteil dieses „Mülls“ machen L1-Retrotransposons aus. Das sind kleine Abschnitte im Erbgut, die nichts anderes tun, als sich selbst zu kopieren und dann an anderer Stelle wieder ins Erbgut einzufügen. Obwohl sie streng genommen keine Gene sind, werden sie als „springende Gene“ bezeichnet. „Niemand weiß genau, woher sie kommen“, sagt Oliver Weichenrieder vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Fest steht: Sie sind beim Menschen extrem häufig. Etwa eine halbe Million Kopien schlummern im Genom eines jeden – das sind 17 Prozent unseres Erbguts. Die meisten dieser Kopien sind unvollständig. Sie sind Überreste früherer Sprünge, die sich im Laufe der Zeit zersetzen, gestrandet im Erbgut.

Etwa hundert Kopien von L1 sind aber immer noch funktionstüchtig. Damit sie nicht mitten in ein wichtiges Gen springen und es so zerstören, unterdrücken menschliche Zellen die lästigen Eigenbrötler. Sie können L1 gewissermaßen ausschalten – und einer dieser Schalter ist MeCP2, das Gen, das bei Patienten mit Rett-Syndrom geschädigt ist.

Die Forschergruppe um Fred Gage und Alison Muotri hat nun zeigen können, dass L1-Retrotransposons in den Gehirnzellen von Rett-Patienten tatsächlich aktiver sind, die springenden Gene springen also häufiger. Dafür nahmen die Wissenschaftler Hautzellen eines Rett-Patienten und einer gesunden Kontrollperson. Sie zwangen die Zellen zurück in den Urzustand einer Stammzelle und brachten diese Zellen dazu, sich zu Nervenzellen zu entwickeln. In den Nervenzellen von Rett-Patienten sprangen die Retrotransposons doppelt so häufig wie in denen von Kontrollpersonen.

Die Wissenschaftler konnten das Ergebnis auch an Toten bestätigen. Sie isolierten die DNS aus dem Gehirn- und Herzgewebe verstorbener Rett-Patienten und untersuchten, wie hoch der Anteil der Retrotransposons am gesamten Erbgut war. Tatsächlich fanden sie mehr Retrotransposon-DNS im Gehirn der Rettpatienten als im Gehirn von Toten, die nicht am Rett–Syndrom gelitten hatten. Der Unterschied zeigte sich nur im Gehirn. Im Herzgewebe hingegen waren die Level bei beiden Personengruppen gleich niedrig.

„Wir haben also nachweisen können, dass eine Störung von MeCP2 dazu führt, dass diese springenden Gene im Gehirn aktiver werden“, sagt Gage. „Das reicht aber nicht als Beweis, dass das auch die Symptome verursacht.“ So wäre es etwa denkbar, dass die Störung von MeCP2 beides unabhängig voneinander auslöst, die Aktivierung der springenden Gene und die Symptome der Krankheit.

Gage geht es aber um weit mehr als um das Rett-Syndrom. Er möchte zeigen, dass der „Müll“ in unserem Genom eben kein Abfall ist, sondern sogar dazu beiträgt, jeden Menschen einzigartig zu machen. Seine Theorie: Bei der Entwicklung des Gehirns, wenn hunderte Milliarden von Nervenzellen entstehen, werden die Retrotransposons eingeschaltet. In vielen Zellen springen die Retrotransposons daraufhin an einen anderen Ort im Genom. Weil das ganze ein Zufallsprozess ist, entstehen dabei Milliarden Zellen, deren Genome sich ein wenig voneinander unterscheiden.

„Das gibt dem Gehirn eine zusätzliche Vielfalt“, glaubt Gage. Vielleicht sind einige der Nervenzellen durch die Veränderung aktiver oder sie reagieren schlechter auf einen bestimmten Botenstoff. „In der Entwicklung des Gehirns könnten dann genau die Zellen überleben, die am besten geeignet sind, eine bestimmte Aufgabe zu lösen“, sagt Gage. Im Gehirn würde also Evolution im Kleinen ablaufen. Genau wie Darwin es bei Tier- und Pflanzenarten beschrieben hat, entstünden viele unterschiedliche Kopien, aus denen durch die Umwelt diejenigen ausgewählt würden, die eine bestimmte Aufgabe am erfolgreichsten lösen. „Somatischen Darwinismus“ nennt Gage das.

Die Theorie mag spekulativ klingen, aber Gage ist ein Schwergewicht in der Neuroforschung. 1998 konnte er in einer Studie zeigen, dass im Gehirn von Erwachsenen immer noch neue Gehirnzellen entstehen. Das war damals eine Sensation, galt es doch als Konsens, dass Nervenzellen nur in den ersten Lebensjahren entstehen. Die Arbeit gehört bis heute zu den meistzitierten Studien der Hirnforschung.

Zunächst einmal gibt es aber mehr Fragen als Antworten. Könnten so kleine genetische Unterschiede zwischen Gehirnzellen wirklich zu Veränderungen im Verhalten führen? Sind die Retrotransposons wirklich nur im Gehirn aktiv? Und wie funktionieren sie überhaupt? „Der ganze Mechanismus von L1 ist noch völlig mysteriös“, sagt Max-Planck-Forscher Weichenrieder. Zumindest aber nähern sich die Wissenschaftler inzwischen diesen Fragen – und der großen Frage, was die „dunkle Materie“ in der DNS bewirkt. Sollte sich darin tatsächlich auch eine Erklärung für Erkrankungen wie das Rett-Syndrom finden, wäre der „Müll“ plötzlich äußerst interessant.

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