Forschung & Entwicklung

Zirbeldrüse im neuen Licht

Der Zebrafisch hat sich als ein beliebtes Modelltier für die Genetik etabliert. Nun ist ein Gen für die Links-Rechts-Asymmetrie des Gehirns und den Schlaf-Wach-Rhythmus identifiziert worden.

Fehlt Zebrafischen ein bestimmtes Protein, entwickeln sich beide Gehirnhälften symmetrisch und das sogenannte Schlafhormon Melatonin wird nicht mehr gebildet. Zu diesem Ergebnis kommen die Freiburger Biologen Theresa Schredelseker und Professor Dr. Wolfgang Driever. Ihre Untersuchungen rund um die zum Gehirn gehörende Zirbeldrüse zeigen eine genetische Verbindung von Links-Rechts-Asymmetrie und Tag-Nacht-Rhythmus.

Die Zirbeldrüse ist relativ klein und liegt bei Menschen tief im Gehirn, bei Zebrafischen hingegen direkt unter der Schädeldecke. Ihre Hauptfunktion ist jedoch bei Fisch und Mensch die gleiche: die Freisetzung von Melatonin, die nur nachts erfolgt. Während die Information über das Tageslicht die menschliche Zirbeldrüse nur indirekt über das Auge erreicht, ist die Zirbeldrüse von Fischen direkt lichtempfindlich. Mithilfe von genetischen Werkzeugen erreichten die Forscher, dass der Zebrafisch das Protein Brain-specific homeobox (Bsx) nicht mehr bilden kann. Fehlt den Fischen dieses Protein, entwickeln sich die lichtempfindlichen Zellen der Zirbeldrüse nicht normal und können kein Melatonin mehr bilden. In früheren Studien demonstrierten amerikanische Forscher, dass Zebrafische ohne Melatonin einen gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus aufweisen. Damit zeigen Fische ähnliche Syndrome wie Menschen, deren Melatoninrhythmus durch Schichtarbeit oder nächtliche Smartphonenutzung durcheinandergerät.

Das Fehlen von Bsx betrifft die Zirbeldrüse des Zebrafischs noch aus einem anderen Grund: Am zweiten Tag der Embryonalentwicklung beginnen dort Zellen auszuwandern, und zwar fast immer nach links. Diese Zellen beeinflussen das umgebende Gewebe und tragen damit entscheidend zur Links-Rechts-Asymmetrie des Gehirns bei. Ohne Bsx hingegen werden diese Zellen nicht gebildet und es entwickeln sich zwei rechte Gehirnhälften.

Die Biologen untersuchen Signalvorgänge in der Zebrafischentwicklung im Rahmen des Exzellenzclusters BIOSS – Centre for Biological Signalling Studies der Albert-Ludwigs-Universität. Die neue Zebrafischlinie, in der kein Bsx mehr gebildet wird, könnte anderen Forschungsgruppen als Modell dienen, um Fehlentwicklungen der Zirbeldrüse und damit zusammenhängende Verhaltensänderungen zu untersuchen.

Originalveröffentlichung:

[T. Schredelseker, W. Driever, Bsx controls pineal complex development, Development (2018), DOI: 10.1242/dev.163477]

von mn

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