Identifizierung und Charakterisierung von neuen Genen für die ...

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Gehirnentwicklung und Genese des cerebralen Cortex
Die Neurulation ist ein Formbildungsvorgang im Anschluss an die Gastrulation im Chordatenkeim, der
die Anlage des Zentralnervensystems liefert. Dabei entsteht das Neuralrohr. Chordatiere sind dabei
diejenigen Tiere (Manteltiere, Lanzettfische, Schädeltiere), die zeitlebens oder während eines bestimmten
Abschnittes ihrer Ontogenese eine Chorda dorsalis besitzen. Chordatiere (oder Wirbeltiere) unterscheiden
sich grundsätzlich von Wirbellosen in der Lage von Nervensystem und Herz (z.B. Bauchmark der Insekten
versus Rückenmark). Das Nervensystem der Chordaten besteht stets aus einem über der Chorda
dorsalis gelegenen Zentralnervensystem (ZNS) und einem peripheren Nervensystem (PNS), das von dort
in den Körper ausstrahlt. Im PNS können mehr oder weniger selbständige Nervennetze in der Haut oder in
den inneren Organen vorkommen.
Das ZNS der Chordaten lässt sich in Gehirn und Rückenmark untergliedern. Es entsteht ontogenetisch aus
einem besonderen Bezirk im Ektoderm, der sich durch Induktion aus dem Chorda-Mesoderm verdickt und
eine Neuralplatte bildet, die sich durch Abfaltung (Neurulation) aus dem oberflächlichen Ektoderm in die
Tiefe verlagert sowie U-förmig aufwölbt, so dass sich die Neuralrinne bildet. Durch Schließen entsteht das
Neuralrohr, wodurch das ZNS der Chordaten (Neuralrohr) innere Hohlräume (Ventrikelsystem) enthält. In
diesen Hohlräumen findet sich eine wasserhelle Flüssigkeit, die Cerebrospinalflüssigkeit, darüber hinaus
enthalten sie einen Proteinfaden (Reissner-Faden, Subcommissuralorgan), der im Gehirn erzeugt wird und
der den Zentralkanal des Rückenmarks durchspannt.
Genetische Faktoren für die Identität und Ausbildung von Neuroektoderm aus dem Ektoderm sind Fgf
(Fibrobalst Growth Factor)-Proteine und Bmp (Bone Morphogenetic Protein)-Antagonismus (Streit,
Berliner et al. 2000).
Bei der größten Gruppe der Schädeltiere (den Vertebrata, zu denen auch der Mensch gehört) wird die
Chorda dorsalis im Laufe der Ontogenese durch die Wirbelsäule ersetzt, so dass bei ihnen auch das
Rückenmark in eine knorpelige oder knöcherne Hülle eingeschlossen ist. Das Rückenmark behält
zeitlebens die Grundgestalt eines Rohrs bei allerdings verdicken sich seine Wände gegenüber denen des
Neuralrohrs mächtig und sein zentraler Ventrikelraum - der Zentralkanal - kann vollständig verschlossen
werden, so etwa beim Menschen.
Die Anlage des Gehirns am Vorderende des Neuralrohrs ist zunächst ebenfalls mehr oder weniger
rohrförmig allerdings vor der Spitze der Chorda dorsalis scharf nach ventral abgeknickt (Mittelhirnbeuge).
Das Neuralrohr des späteren Hirnbereichs erweitert sich rasch und entwickelt Einschnürungen und
Auftreibungen, die als die Hirnbläschen bezeichnet werden. Die zunächst zweiblasige (Archencephalon
und Deuterencephalon), in der Mittelhirnbeuge geknickte Gehirnanlage wandelt sich dabei sukzessive
über drei (Prosencephalon, Mesencephalon, Rhombencephalon) schließlich zu fünf (Telencephalon,
Diencephalon, Mesencephalon, Metencephalon, Myelencephalon) blasenartigen Hirnabschnitten
(Telencephalon, Diencephalon, Mesencephalon, Metencephalon, Myelencephalon) um. So bildet sich ein
mehr oder weniger gestrecktes Gehirn. Jeder dieser Hirnabschnitte besteht seinerseits aus einer
verschiedenen Zahl von Unterabschnitten (Neuromere), die genetisch spezifiziert sind (Hox-Gene). Im
Zuge der Bildung dieser fünf großen Abschnitte wird die ursprünglich rohrförmige Gestalt des Gehirns
stark verändert, indem verschiedene Hirngebiete unterschiedlich schnell an Volumen zunehmen. An
vielen Stellen der ursprünglich rohrförmigen Gehirnanlage ergeben sich so Ausstülpungen
(Evaginationen), Einstülpungen (Invaginationen) und Verdrehungen (Rotationen) des Wandmaterials des
Neuralrohrs.
Genetische Faktoren für die anteriore Identität von Neuralrohrabschnitten zur Bildung des Gehirnes sind
der sekretorische Faktor Cerberus und Otx2. Das Ausschalten dieser Gene führt zum Verlust von Gehirn-
und Kopfstrukturen (Bouwmeester, Kim et al. 1996).
Die relativen Größen und Differenzierungen der einzelnen Abschnitte in den erwachsenen Gehirnen
variieren beträchtlich. Die kompliziert gestalteten inneren Hohlräume (Ventrikelsystem), die sich aus dem