Warum sind menschliche Gehirne so leistungsfähig? Großbritannien, Partner der Hebräischen Universität, um es herauszufinden

Aug 22, 2023

LEXINGTON, Kentucky (25. Januar 2023) – Forscher der University of Kentucky und der Hebrew University in Jerusalem arbeiten zusammen, um die Komplexität des menschlichen Gehirns zu untersuchen. Konkret werden die Forscher testen, ob neue, bisher unbekannte Proteine ​​im Gehirn existieren.

Labore beider Institutionen haben ein gemeinsames Stipendium der National Science Foundation (NSF) und der United States-Israel Binational Science Foundation (BSF) erhalten, um neue Aspekte der RNA-Biologie zu untersuchen.

Forscher arbeiten an der Beantwortung einer grundlegenden Frage: Warum haben Menschen komplexere Gehirne als andere Organismen mit ungefähr der gleichen Anzahl an Genen?

Im Rahmen des mehr als 700.000-Dollar-Stipendiums untersuchen Stefan Stamm, Ph.D., Professor in der Abteilung für molekulare und zelluläre Biochemie am UK College of Medicine, und sein Labor die Charakterisierung der Proteine ​​und untersuchen ihre biologischen Auswirkungen.

Stamms Labor arbeitet mit Ruth Sperling, Ph.D., Professorin (emeritiert) in der Abteilung für Genetik am Alexander Silberman Institute of Life Sciences der Hebräischen Universität Jerusalem, zusammen. Sie ist Expertin für RNA-Verarbeitung.

RNA ist der Vermittler bei der Umwandlung von Anweisungen in Ihrer DNA in Proteine ​​in Ihren Zellen. Während des Prozesses wird die RNA stark verändert, indem Stücke herausgeschnitten oder gespleißt werden und wieder zu einer neuen RNA-Linie zusammengefügt werden. Manchmal formen sich diese Stücke in Kreisen, wodurch eine kreisförmige RNA entsteht.

„Wir vermuten, dass es eine neue Gruppe von Proteinen gibt, die im menschlichen Gehirn noch nicht identifiziert oder untersucht wurden und die von den zirkulären RNAs kodiert werden und neue Funktionen in Zellen erfüllen“, sagte Stamm.

Zirkuläre RNAs kommen hauptsächlich im Gehirn vor und ihre Bildung wird durch für Menschen und andere Primaten spezifische genomische Elemente, sogenannte Alu-Elemente, gefördert. Das menschliche Genom besteht zu etwa 11 % aus Alu-Elementen und ihre Ausbreitung bei Primaten korreliert mit der Komplexität des Gehirns.

Die Forschungsteams werden die Hypothese testen, dass primatenspezifische zirkuläre RNAs in Proteine ​​übersetzt werden, nachdem die Moleküle in der zirkulären RNA eine epigenetische Veränderung erfahren.

„Kodieren zirkuläre RNAs Proteine? Sind diese Proteine ​​funktionsfähig? Kann man sie im Gehirn finden?“ sagte Stamm. „Das ist es, was wir analysieren. Es wurde nie angeschaut.“

Forscher schlagen vor, dass die neuen Proteine, die aus diesen spezifischen zirkulären RNAs hergestellt werden, die molekulare Komplexität im Gehirn stark erhöhen, was die Gehirnfunktionen verbessern könnte.

„Wenn wir neue Proteine ​​haben, haben wir ein völlig neues Proteom, das neue Funktionen hat und zum menschlichen Gehirn beitragen kann“, sagte Sperling. „Das hat weitreichende Auswirkungen. Sie können beispielsweise nach genetischen Modifikatoren suchen. Gibt es genetische Modifikatoren, die mit Schizophrenie, Epilepsie, Autismus oder neurologischen Erkrankungen korrelieren?“

Sperlings Labor wird sich darauf konzentrieren, zu verstehen, wie zirkuläre RNA durch die Spleißmaschinerie in Zellen hergestellt wird. Zusammen mit Joseph Sperling, Ph.D., entdeckte und charakterisierte sie die endogene Spleißmaschine in Säugetierzellen. Kürzlich identifizierte ihr Team zirkuläre RNA innerhalb der endogenen Spleißmaschine. Ihr Team wird dieses System verwenden, um zu untersuchen, ob RNA gespleißt oder rückgespleißt wird und wann lineare bzw. zirkuläre RNAs entstehen, und wie dies im Gehirn reguliert wird.

„Diese Proteine ​​kommen nicht sehr häufig vor, aber sie könnten katalytische Funktionen in anderen Proteinen bilden oder modifizieren. Wenn man also das Gehirn verstehen will, muss man sich diese Moleküle ansehen“, sagte Stamm.

Im Rahmen des dreijährigen Projekts werden jährlich im Sommer zweiwöchige RNA-Biologiekurse an der Hebräischen Universität in Jerusalem unter der Leitung von Stamm und Sperling stattfinden. Studierende beider Universitäten werden im Rahmen des Kurses theoretische Vorlesungen halten und praktische Experimente durchführen.

Die in dieser Veröffentlichung berichtete Forschung wurde von der National Science Foundation unter der Fördernummer 2221921 unterstützt. Die geäußerten Meinungen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen stammen von den Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der National Science Foundation wider.

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