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

1. 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

2. 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

3. Frühe Entwicklungsstadien unterstreichen die nahe Verwandtschaft des Menschen zum Tier KFF 2001

4. KFF 2001

5. 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

6. Gehirn Verhalten mut. Genom Gehirn Verhalten Wissen um Entwicklungsprozesse Wissen um Gehirnfunktionen Neurogenetischer Ansatz wt Genom KFF 2001

7. 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

8. Die Expression konservierter Gene für Transkriptionsfaktorenuntergliedert die Längsachse des NS KFF 2001

9. 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

10. 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

11. Wie wird ein Gehirn verdrahtet? KFF 2001

12. Nervenzellen sind über lange Fortsätze miteinander spezifisch verknüpft. Wie finden sie zueinander? KFF 2001

13. http://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htmhttp://www.fmi.ch/groups/AndrewMatus/video.actin.dynamics.htm KFF 2001

14. Mechanismen der Wegfindung Kontaktführung Chemotaxis KFF 2001

15. Wachstumskegel bei Kontaktführung KFF 2001

16. Wie findet man Gene mit Bedeutung für Axonales Wegfindung? Durch die Isolierung von Defektmutanten! KFF 2001

17. Optischer Lobus vonWildtype (A) und rst Mutante (B) KFF 2001

18. Zwei nahverwandte Zelladhäsionsmoleküle (den neuronalen Phänotyp verursacht das Fehlen des Rst-Protein) KFF 2001

19. Optische Anlage in der Fliegenlarve Das Rst-Protein (rot) ist nur auf einer Subpopulation der Nervenzellen während der Entwicklung des Sehsystems exprimiert . KFF 2001

20. Eliminierung der rst vermittelten Positionsinformation durch globale Überexpression KFF 2001

21. Phänokopie des mutanten rst Phänotyps (kein Protein)durch Überexpression des rst-Gens (zuviel Protein): das Rst-Protein vermittelt Positionsinformation KFF 2001

22. 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

23. 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

24. Teil II: Gene und Verhalten Beispiele: Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz Genmutationen beinflussen Lernverhalten KFF 2001

25. Sexualverhalten bei Drosophila KFF 2001

26. WT-Verhalten dsf-Verhalten (dissatisfaction) KFF 2001

27. Welche Rolle spielt das Gehirn beim Sexualverhalten? KFF 2001

28. Gynander sind halb männlich, halb weiblich, die m/w-Gewebegrenzen verlaufen zufällig. KFF 2001

29. 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

30. Teil II: Gene und Verhalten Beispiele: Genmutationen beeinflussen sexuelle Präferenz Genmutationen beinflussen Lernverhalten KFF 2001

31. 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

32. Zusätzliche Quellen • Drosophila Nervensystem • http://www.flybrain.org • http://pogo.biologie.uni-freiburg.de/3d/cd/ • Neurogenetik • http://www.zum.de/neurogenetik/ KFF 2001