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

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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: kff@uni-freiburg.de

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


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KFF 2001 Verwandtschaft des Menschen zum Tier


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Ein wichtiges Ergebnis der Genomprojekte Verwandtschaft des Menschen zum Tier

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

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Neurogenetischer ansatz

Gehirn Verwandtschaft des Menschen zum Tier

Verhalten

mut. Genom

Gehirn

Verhalten

Wissen um

Entwicklungsprozesse

Wissen um

Gehirnfunktionen

Neurogenetischer Ansatz

wt Genom

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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

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

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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

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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.

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Wie wird ein gehirn verdrahtet
Wie wird ein Gehirn verdrahtet? festlegen, an denen das Entwicklungsprogramm „Vorderhirn“ ablaufen soll. Die Funktion der Gene ist konserviert.

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

Wie finden sie zueinander?

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

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Mechanismen der wegfindung
Mechanismen der Wegfindunghttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Kontaktführung

Chemotaxis

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Wachstumskegel bei Kontaktführunghttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

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Wie findet man Gene mit Bedeutung für Axonales Wegfindung? http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Durch die Isolierung von Defektmutanten!

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Optischer lobus von wildtype a und rst mutante b
Optischer Lobus vonhttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmWildtype (A) und rst Mutante (B)

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Zwei nahverwandte Zelladhäsionsmolekülehttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

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

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Optische Anlage in der Fliegenlarvehttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Das Rst-Protein (rot) ist

nur auf einer Subpopulation

der Nervenzellen während der

Entwicklung des Sehsystems

exprimiert .

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Eliminierung der rst vermittelten positionsinformation durch globale berexpression
Eliminierung der http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmrst vermittelten Positionsinformation durch globale Überexpression

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Phänokopie des mutanten http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmrst Phänotyps (kein Protein)durch Überexpression des rst-Gens (zuviel Protein): das Rst-Protein vermittelt Positionsinformation

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Zusammenfassung „http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmrst-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

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Zusammenfassung „Entwicklung“ http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

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

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Teil II: Gene und Verhalten http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Beispiele:

Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz

Genmutationen beinflussen Lernverhalten

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Sexualverhalten bei Drosophila http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

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WT-Verhaltenhttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

dsf-Verhalten

(dissatisfaction)

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Welche Rolle spielt das Gehirn beim Sexualverhalten?http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

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Gynander sind halb männlich, halb weiblich,http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

die m/w-Gewebegrenzen verlaufen zufällig.

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Auch das http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmfruitless 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.

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Teil II: Gene und Verhalten http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Beispiele:

Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz

Genmutationen beinflussen Lernverhalten

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Teil II: Gene und Verhalten http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

Zusammenfassung:

Genmutationen beeinflussen Verhalten.

Gehirne verändern sich aber auch durch Erfahrung

(lebenslange Entwicklung)

Lernvermögen ist ein „angeborener“ Instinkt von Nervensystemen

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Zus tzliche quellen
Zusätzliche Quellenhttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm

  • Drosophila Nervensystem

    • http://www.flybrain.org

    • http://pogo.biologie.uni-freiburg.de/3d/cd/

  • Neurogenetik

    • http://www.zum.de/neurogenetik/

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