Neurogenomik: der nächste Schritt

Was ist Neurogenomik? Worin liegt die Besonderheit dieser Forschungsfeldes? Und wo hat die Anwendung einen Mehrwert?

 

Das relativ junge Feld der Neurogenomik beschäftigt sich mit dem Einfluss des Genoms, der Gesamtheit aller Gene, auf die Enwicklung und die Funktion des Nervensystems. Systembiologische Techniken erlauben wichtige Fortschritte in diesem Feld der Neurowissenschaften.

 

GWAS?

 

Seit Anfang dieses Jahrhunderts ermöglichen das Next Generation Sequencing (NGS) – oder die Sequenzierung der zweiten Genration – die Analyse großer Datenmengen. Die Gesamtanalyse des menschlichen Gemoms wurde dadurch möglich. Damit haben sich Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) auch zunehmend etabliert. In diesen werden DNA-Proben auf Variationen, sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (SNP), getestet. Von bestimmten Genvarianten ist bekannt, dass sie Risiken für bestimmte Erkrankungen erhöhren.

 

In der Erforschung von Morbus Alzheimer haben GWAS im TOMM40-Gen gezeigt, dass bestimmte Varianten die Level von ApoE in der Hirnflüssigkeit erhöhen. (1) ApoE steht für das Apolipoprotein E und spielt eine wichtige Rolle im Fettstoffwechseln des Menschen. Erhöhte ApoE4 korrelieren mit beeinträchtigter kognitiver Funktion und reduziertem Wachstum von Neuriten.


Die Besonderheit der Neurogenomik ist unter anderem das Einbeziehen dieser NGS Daten. Desweiteren werden aber Resultate bildgebender Verfahren und die Forschung an Modellorganismen einbegriffen. Die Neurogenomik ist die logische Weiterentwicklung der Neurogenetik. Sie erlaubt das Betrachten das Genoms und hebt sich von der Neurogenetik insofern ab, als dass der Fokus nicht mehr (nur) auf der Rolle einzelner Gene liegt. Der Netzwerkcharakter der Gesamtheit der Gene wird betont.

 

Der holistische Ansatz erweitert insbesondere die Möglichkeit der Wissenschaft, psychatrische Störungen umfassender zu betrachten und zu studieren.

 

Fortsetzung folgt.

 

Quelle:

(1) https://doi.org/10.1002/ajmg.b.30993

Nico Amiri

Veröffentlicht von

Mein Name ist Nico Amiri, 22 Jahre bin ich jung. Als der Student der Biomedizin und neugieriger Mensch entdecke ich jeden Tag diese wundervolle Welt neu für mich. In meinem Studium lege ich meinen Schwerpunkt auf die Erforschung der neurodegenerativen Erkrankung Alzheimer. Dabei interessiert mich weiterhin die Epigenetik und das glymphatische System.

4 Kommentare

  1. Jede ambitionierte Genomik, nicht nur die Neurogenomik, will das Zusammenspiel der Gene verstehen und zwar in einem bestimmten Organ, in einer bestimmten Entwicklungs- und Lebensphase und das sowohl für normale wie pathologische Prozesse.
    Besonders ambitioniert ist ein solcher Ansatz aber fürs Hirn, denn das Hirn ist bis heute eines der am wenigsten zugänglichen Organe und in seiner Funktion so vielfältig, dass man das Hirn sogar als bestehend aus mehreren Organen sehen kann. Das Stammhirn beispielsweise hat andere Aufgaben als die Grosshirnrinde.

    Wenn man hier liest (Zitat):
    In der Erforschung von Morbus Alzheimer haben GWAS im TOMM40-Gen gezeigt, dass bestimmte Varianten die Level von ApoE in der Hirnflüssigkeit erhöhen. “
    , so muss man sich bewusst sein, dass die Bestimmung des ApoE-Levels in der Hirnflüssigkeit, noch etwas vom einfacheren ist, verlangt sie doch nur eine Spinalpunktion, also das Einführen einer Nadel im Bereich der Wirbelsäule in den Liquorraum. Viel schwieriger ist es den Stoffwechsel in einzelnen Hirnabschnitten zu bestimmen. Das sind jedenfalls Untersuchungen, die man bei keinem Patienten oder bei keinem Studienteilnehmer nur aus Forschungsinteresse durchführen kann. Deshalb werden hier, wie in der ersten Abbildung schon gezeigt, Modellorganismen eingesetzt. Meist Labormäuse natürlich. Was aber ist der Aussagewert von Untersuchungen an Labormäusen für den Menschen? Vor allem wenn es um Krankheitsbilder wie Schizophrenie und nicht um Alzheimer geht.

  2. Es ist toll, wenn Wissenschaftler Zugriff auf viele Daten haben können – aber es nützt nichts, wenn die Qualität der wissenschaftlichen Arbeit schlecht ist.
    Speziell die Gehirnforscher liefern seit Jahrzehnten ein Musterbeispiel wissenschaftlichen Versagens:

    Dr. Moody hat ab 1975 in seinem Buch ´Life after Life / Leben nach dem Tod´ beschrieben, dass bei den sogenannten ´Nahtod-Erfahrungen´(NTEs) immer wieder identische Muster, Strukturen, Inhalte erkennbar sind.
    Und was war die Reaktion der Neurowissenschaft – man hat es bis heute NICHT für notwendig befunden – diese bekannten Strukturen/Muster systematisch zu analysieren. Dieser Teilbereich der Arbeitsweise unseres Gehirns wird einfach ignoriert!

    Eine kürzlich veröffentliche Arbeit zeigt, dass über 10% der Menschen, die an einer Crowdfunding-Umfrage teilnahmen, eine NTE hatten.
    http://www.scinexx.de/news/biowissen/nahtod-erfahrungen-nicht-nur-beim-sterben
    DOI: 10.1101/532341

    Ich habe seit über einem Jahrzehnt ein komplettes Erklärungsmodell für NTEs veröffentlicht (per Google [Kinseher NDERF denken_nte) ist eine kostenfreie PDF zu finden, mein Buch ´Kinseher Richard: Pfusch, Betrug, Nahtod-Erfahrung´ ist im Handel erhältlich).

    NTEs lassen sich KOMPLETT als Ergebnis eines einfachen Erinnerungsvorgangs erklären: Bei einer NTE kann man bewusst erleben, wie das Gehirn einen einzelnen Reiz systematisch und strukturiert verarbeitet. (= ein direkter Zugang zur Arbeitsweise des Gehirns !)

    Gerade weil es immer mehr Menschen gibt, die an Gedächtisproblemen leiden (Alzheimer, Demenz) sollte man eigentlich erwarten, dass die Gehirnforschung an jeder Möglichkeit interessiert ist – wie man die Arbeitsweise des Gehirns bzw. Gedächtnisses verstehen kann. Aber das Beispiel NTE zeigt genau das Gegenteil – vorhandene Informationen werden einfach ignoriert (Moody´s NTE-Struktur seit 44 Jahren, mein NTE-Erklärungsmodell seit über einem Jahrzehnt).

    Mit diesem nachvollziehbarem/nachprüfbarem Beispiel will ich auf ein Zukunfts-Problem für die Neurogenomik hinweisen: Was nützen Daten – wenn das Forscherpersonal unfähig zu wissenschaftlicher Arbeit ist,

  3. Ich habe in meinem vorherigen Beitrag einen Teilbereich der Gehirnforschung massiv kritisiert. Hier noch zwei konkrete Beispiele, die zeigen dass es nicht ausreicht nur die genetische Ausstattung von Organismen zu analysieren:

    A) http://www.sciencedaily.com/releases/2015/03/150313110402.htm ´Free will? Analysis of worm neurons suggest how a single stimulus can trigger different responses´
    DOI: 10.1016/j.cell.2015.02.108 ´Feedback from network states generate variability in a probalistic olfactory circuit´

    Diese Arbeit zeigt, dass der Zustand von Neuronen VOR der Registrierung/Verarbeitung eines neuen Reizes darüber entscheidet, wie dieser Reiz DANN verarbeitet wird. D.h. ein identische Reiz kann völlig unterschiedlich verarbeitet werden – bei gleicher genetischer Ausstattung/Funktion.

    B) http://www.scinexx.de/news/medizin/brustkrebs-stress-foerdert-metastasen
    DOI: 10.1038/s41586-019-1019-4 ´Glucocorticoids promote breast cancer metastasis´
    Dieses Mausexperiment zeigt, dass/wie – bei gleicher genetischer Ausstattung – die Bildung von Krebsmetastasen durch Stress gefördert wird.

    Diese beiden Beispiele zeigen, dass es für Aussagen der Neurogenomik deutliche Grenzen gibt, wenn man sich nicht bemüht, die Arbeitsweise des Gehirns im Zusammenhang zu verstehen

  4. Dass sich die Neurogenetik zur Neurogenomik weiter entwickelt ist zu begrüßen. Es sind hauptsächlich die Kombinationen der Gene, so etwas wie „Muster“, auch was den zeitlichen Aspekt betrifft, von Bedeutung.

    Bei der z.B. auf der Netzhaut „optisch abgebildeten Information“ ist nicht ein einzelner „Farbpunkt“ von Bedeutung, sondern die relevanten „Muster“ aus vielen Punkten dieser Abbildung.
    So dass insgesamt ein Haus oder ein Auto „abgebildet“ wird. Berücksichtigt man die zeitlichen Veränderungen, kann auch die Bewegung und die sich allenfalls ergebenden Gefahren ermittelt werden.

    Bei der Informationsverarbeitung im Gehirn verhält es sich relativ einfach, weil die (elektrischen) Signale (Muster) mittels „Gatter“ verknüpft werden, wie in der Elektronik und von W. McCulloch aufgezeigt, auch in neuronalen Systemen.

    Es ist insofern relativ einfach, weil an einem bestimmten Ort (Netzhaut) ein bestimmter erkannter Farbpunkt anliegt, oder eben nicht. Ein Neuron triggert oder eben nicht. Sehr viele verknüpfte Neurone bilden komplexe Muster ab, die weiter ausgewertet werden können.

    Einerseits dürften baumartige (und keine linearen Strukturen) angelegt werden, was die Zugriffseigenschaften im Sinne der Informatik stark begünstigt, andererseits dürften Assoziationsketten netzwerkartig realisiert werden. (Linearität könnte man mit einem Tonbandgerät vergleichen und es ist klar, dass man das ganze Band durchsuchen muss um eine bestimmte Sprachsequenz zu finden. Bei „Suchbäumen“ in der Informatik findet man die Information dagegen sehr schnell.)

    In der Chemie scheint es komplexer, weil vielfältige chemische Prozesse entstehen, interagieren und auch noch zeitlich unterschiedlich „schnell“ sind.

    Bei der Bildung von komplexeren strukturierten Organismen muss nicht nur der chemische Prozess der Eiweißbildung an sich gesteuert werden, sondern besonders auch die genau „richtige Zeitspanne“ in der der jeweilige Prozess aktiv sein muss. Ich vermute dies steuert die nicht codierende (Junk) DNA.

    Ich vermute auch, dass dieses neue Forschungsgebiet viele neue Erkenntnisse im Zusammenhang mit den Wirkungen der Gene bringen wird.

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