Wie haben sich die Nervensysteme mit ihrer unglaublichen Komplexität bei verschiedenen Arten entwickelt?

Neue Forschungsarbeiten, die vom Programm „Interdisciplinary Postdoctoral Scholars“ des Wu Tsai Neurosciences Institute unterstützt werden, konzentrieren sich auf die überraschende Beobachtung, dass viele Gene in Gehirnzellen und Synapsen – den Kommunikationspunkten zwischen Neuronen – zu den größten im Tierreich gehören.

Diese riesigen neuronalen Gene umfassen Hunderttausende Basenpaare der DNA und werden oft zu den Genen gezählt, die an neurologischen Störungen beteiligt sind, wenn sie mutiert oder fehlreguliert sind.

Um allgemeine Prinzipien aufzudecken, wie sich diese großen Gene zusammen mit dem Nervensystem entwickelten, verglich der interdisziplinäre Neuro-Postdoktorand von Wu Tsai, Matt McCoy, die Größe von Genen in verschiedenen Arten, die von einem gemeinsamen Vorfahren in einem weiten Bereich des Lebensbaums der Erde abstammen. Dieser Vergleich offenbarte eine besondere Klasse großer Gene, die vor der Diversifizierung der Tiere und in vielen Fällen sogar vor der Entstehung von Neuronen als spezialisierte Zelltypen existierten.

Die Forschung war veröffentlicht 8. März 2024, in Aktuelle Biologie.

McCoy und sein Berater Andrew Fire, George D. Smith-Professor für Molekulare und Genetische Medizin und Professor für Pathologie und Genetik, verfolgten die evolutionäre Reise dieser alten großen Gene und fanden vergleichbare Riesengene sowohl beim Menschen als auch bei Kopffüßern wie Tintenfischen und Kraken .

Kopffüßer, die eng mit Schnecken und Nacktschnecken verwandt sind, sind im Tierreich in etwa so weit vom Menschen entfernt, haben aber getrennt voneinander ein eigenes hochentwickeltes Nervensystem und ein wunderbar komplexes Verhalten entwickelt. Die Tatsache, dass sich Riesengene in beiden Abstammungslinien getrennt entwickelten, lässt auf eine überraschende allgemeine Rolle der Gengröße bei der Entwicklung komplexer Nervensysteme bei mehrzelligen Tieren schließen.

Dies gilt insbesondere, weil diese Gene im Laufe der Evolution größer geworden sind und bei Tieren mehr Varianten entwickelt haben, obwohl sie einer starken sogenannten „reinigenden Selektion“ unterliegen – einem Prozess, der schädliche Mutationen entfernt, um die genetische Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Autoren vermuten, dass das Wachstum und die Diversifizierung der Gene möglicherweise die molekulare Flexibilität geschaffen haben, die für die Entwicklung komplexer Nervensysteme erforderlich ist.

Diese Forschung bietet eine neue Perspektive darauf, wie inhärente genomische Eigenschaften wie die Genlänge zur evolutionären Entwicklung der Komplexität im Tierreich beigetragen haben könnten. Wenn wir diese genomischen Grundlagen verstehen, argumentieren McCoy und Fire, können wir Erkenntnisse sowohl über die Ursprünge der Komplexität des Nervensystems als auch über die genetischen Grundlagen neurologischer Erkrankungen gewinnen.