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Karl-Friedrich Fischbach Institut für Biologie III Schänzlestr.1 79104 Freiburg i. Brsg.

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Gene und Gehirn. Lehrerfortbildung 12.10.2001 Freiburg i. Brsg. http://www.zum.de/lehrerfortbildung/neuro. Karl-Friedrich Fischbach Institut für Biologie III Schänzlestr.1 79104 Freiburg i. Brsg. E-Mail: [email protected] WWW: http://filab.biologie.uni-freiburg.de.

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Presentation Transcript
karl friedrich fischbach institut f r biologie iii sch nzlestr 1 79104 freiburg i brsg

Gene und Gehirn

Lehrerfortbildung 12.10.2001 Freiburg i. Brsg.

http://www.zum.de/lehrerfortbildung/neuro

Karl-Friedrich Fischbach

Institut für Biologie III

Schänzlestr.1

79104 Freiburg i. Brsg.

E-Mail: [email protected]

WWW: http://filab.biologie.uni-freiburg.de

viele gene sind im tierreich hoch konserviert
Viele Gene sind im Tierreich hoch konserviert

Schimpanse und Mensch haben mehr als 99% ihrer Gene gemeinsam.

Bild aus Gould&Gould “Bewusstsein bei Tieren”, Spektrum Akademischer Verlag, 1994

KFF 2001

fr he entwicklungsstadien unterstreichen die nahe verwandtschaft des menschen zum tier
Frühe Entwicklungsstadien unterstreichen die nahe Verwandtschaft des Menschen zum Tier

KFF 2001

slide5

Ein wichtiges Ergebnis der Genomprojekte

ist, dass der Mensch nur etwa 2-3 mal soviel

Gene hat wie eine Fliege oder ein Wurm.

Fast zu jedem Gen einer Fliege gibt es ein

oder mehrere homologe Gene im Menschen.

Daraus folgt: Die Fliege ist ein ideales Modell-

system für die Untersuchung der Genwirkungen

bei Gehirnentwicklung und Verhalten

KFF 2001

neurogenetischer ansatz

Gehirn

Verhalten

mut. Genom

Gehirn

Verhalten

Wissen um

Entwicklungsprozesse

Wissen um

Gehirnfunktionen

Neurogenetischer Ansatz

wt Genom

KFF 2001

slide7

Am Fliegengehirns lassen sich grundlegende molekulare Entwicklungsmechanismen studieren. Zudem ist das Gehirn hinreichend komplex um vielfältiges Verhalten zu ermöglichen

http://flybrain.uni-freiburg.de/Flybrain/html/contrib/1997/sun97a/movie/adxs00.mpg

KFF 2001

die expression konservierter gene f r transkriptionsfaktoren untergliedert die l ngsachse des ns
Die Expression konservierter Gene für Transkriptionsfaktorenuntergliedert die Längsachse des NS

KFF 2001

slide9
Die otd/OTX2 Gene sind Kausalfaktoren beim Bau des VorderhirnsFliegen-otd und Menschen-OTX2 sind funktionell konserviert.

http://www.unibas.ch/dib/zoologie/research/neuro.html

KFF 2001

slide10

Die otd/OTX2 Gene sind Transkriptionsfaktoren, die den Ort festlegen, an denen das Entwicklungsprogramm „Vorderhirn“ ablaufen soll. Die Funktion der Gene ist konserviert.

Dieses und andere Ergebnisse sind Indizien dafür, dass die gemeinsamen Vorfahren von Fliege und Mensch bereits ein bilateral symmetrisches Nervensystem und ein Gehirn besaßen.

Einmal „erfunden“, wurden diese grundlegenden Genfunktionen kaum noch modifiziert.

KFF 2001

nervenzellen sind ber lange forts tze miteinander spezifisch verkn pft
Nervenzellen sind über lange Fortsätze miteinander spezifisch verknüpft.

Wie finden sie zueinander?

KFF 2001

slide13

http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmhttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

KFF 2001

mechanismen der wegfindung
Mechanismen der Wegfindung

Kontaktführung

Chemotaxis

KFF 2001

slide16

Wie findet man Gene mit Bedeutung für Axonales Wegfindung?

Durch die Isolierung von Defektmutanten!

KFF 2001

slide18

Zwei nahverwandte Zelladhäsionsmoleküle

(den neuronalen Phänotyp verursacht das Fehlen des Rst-Protein)

KFF 2001

slide19

Optische Anlage in der Fliegenlarve

Das Rst-Protein (rot) ist

nur auf einer Subpopulation

der Nervenzellen während der

Entwicklung des Sehsystems

exprimiert .

KFF 2001

slide21

Phänokopie des mutanten rst Phänotyps (kein Protein)durch Überexpression des rst-Gens (zuviel Protein): das Rst-Protein vermittelt Positionsinformation

KFF 2001

slide22

Zusammenfassung „rst-Gen“

Das rst-Gen kodiert für ein immunglobulinähnliches

Transmembranprotein

Das Rst-Protein ist an der axonalen Wegfindung beteiligt und auf

den Wachstumskegeln und Axonen einiger junger Neurone

exprimiert.

Fehlen des Proteins (Nullmutante) und experimentelle

Überexpression auf allen Neuronen (Transformante)

haben das gleiche Ergebnis: Fehlgeleitete Nervenfasern.

Damit ist das Rst-Protein ein Beispiel für ein

neuronales Erkennungsmolekül

KFF 2001

slide23

Zusammenfassung „Entwicklung“

Konservierte Transkriptionsfaktoren legen die Längsachse

des Nervensystems bei Insekten und Wirbeltieren fest

Transmembranproteine verleihen den Neuronen „Tastsinn“

und setzen zugleich Oberflächenmarkierungen

Neurone unterscheiden sich an ihren Oberflächen

und ertasten die ihnen liebsten Partner

KFF 2001

slide24

Teil II: Gene und Verhalten

Beispiele:

Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz

Genmutationen beinflussen Lernverhalten

KFF 2001

slide26

WT-Verhalten

dsf-Verhalten

(dissatisfaction)

KFF 2001

slide28

Gynander sind halb männlich, halb weiblich,

die m/w-Gewebegrenzen verlaufen zufällig.

KFF 2001

slide29

Auch das fruitless Gen ist für die Ausprägung des Sexualverhaltens wichtig.

Seine Expression im ZNS markiert Neurone mit Bedeutung für das Sexual-

verhalten von Drosophila. Es kodiert für einen Transkriptionsfaktor.

KFF 2001

slide30

Teil II: Gene und Verhalten

Beispiele:

Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz

Genmutationen beinflussen Lernverhalten

KFF 2001

slide31

Teil II: Gene und Verhalten

Zusammenfassung:

Genmutationen beeinflussen Verhalten.

Gehirne verändern sich aber auch durch Erfahrung

(lebenslange Entwicklung)

Lernvermögen ist ein „angeborener“ Instinkt von Nervensystemen

KFF 2001

zus tzliche quellen
Zusätzliche Quellen
  • Drosophila Nervensystem
    • http://www.flybrain.org
    • http://pogo.biologie.uni-freiburg.de/3d/cd/
  • Neurogenetik
    • http://www.zum.de/neurogenetik/

KFF 2001

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