Die Systembiologie der Vorderhirnentwicklung bei Säugetieren

Ziel dieses Projekts ist es, die Prozesse der kortikalen Entwicklung vorhersagen und modellieren zu können. Hierzu untersuchen wir einerseits die Heterogenität der Stammzellen während der Entwicklung des zerebralen Kortex. Andererseits erforschen wir die Signalwege, die das Schicksal dieser Stammzellen bestimmen. Schon kleine Veränderungen in der Koordination oder Abweichungen in diesen Netzwerken können zu Entwicklungsstörungen mit tiefgreifenden Auswirkungen auf die Gehirnintegrität und -funktion führen.

Das Gehirn der Säugetiere ist das komplexeste Organ im Tierreich. Der zerebrale Kortex kontrolliert vielschichtige Aufgaben, wie beispielsweise die Kognition, die motorische Koordination und das Gedächtnis. Die Tatsache, dass die Komplexität des zerebralen Kortex bei verschiedenen Tierarten zunimmt, hängt mit der höheren kognitiven Fähigkeit im Verlauf der Evolution zusammen – welche ihrerseits wohl dadurch vorangetrieben wird.

Das Potenzial der Stammzellen und die Kontrolle der kortikalen Entwicklung

Der zerebrale Kortex geht aus einer dünnen Schicht neuraler Stammzellen im Embryo hervor. Er enthält Milliarden von Zellen und Hunderte von Neuronenarten, die unterschiedliche Funktionen haben und in entsprechenden Netzwerken organisiert sind. Das Aufrechterhalten des Stammzellpotenzials und die Kontrolle der kortikalen Entwicklung werden durch dynamische, über Raum und Zeit organisierte Signalwege reguliert. Veränderungen dieser Schlüsselnetzwerke kontrollieren die «regimentartige» Differenzierung und das Schicksal der neuralen Stammzellen, die für die Bildung bestimmter Strukturen des zerebralen Kortex notwendig sind.

Verständnis der Gehirnbildung und abnormaler Entwicklungen

Wir kombinieren modernste Berechnungsmodelle, hochauflösende Genanalysen kleiner Proben und Zellkulturen, um die neurale Stammzelldifferenzierung zu analysieren und die Mechanismen der Vorderhirnentwicklung zu untersuchen. Ein genaueres Verständnis des aus diesem Projekt hervorgehenden dynamischen Zusammenspiels zwischen Transkriptionsnetzwerken und ihrer vorgeschalteten Regulatoren wird uns helfen, die Gehirnbildung und mögliche abnormale Entwicklungen besser zu verstehen. Zudem kann es auch eine Möglichkeit bieten, definierte kortikale Neuronenpopulationen zu erschaffen.

Stand: Juni 2013