Die Evolution neuronaler DNA-Methylierungsmuster im frontalen Cortex des Menschen und von Primaten

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Haaf, seit 7/2016
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280627290

Zu den charakteristischsten Merkmalen des Genus Homo gehören das extrem vergrößerte Gehirn, sowie die spezifischen kognitiven als auch kommunikativen Fähigkeiten, allem voran die Sprachfähigkeit. Letztere wird nicht nur als Folge sondern auch als treibende Kraft der humanspezifischen Enzephalisierung angesehen. Um die Entwicklung des menschlichen Gehirnes verstehen zu können ist es daher wesentlich, die evolutionären sowie die biologischen und molekularen Grundlagen der genannten Fähigkeiten zu kennen. Da Sprache und kognitive Fähigkeiten nicht fossilisieren und sich damit einer anthropologischen Untersuchung entziehen, erscheinen vergleichende Methoden an rezenten Primaten und rezenten Menschen sinnvoll. Als eine Grundbedingung für das menschliche Sprach-/Kommunikationsvermögen gilt die Mentalisierung, welche es ermöglicht eigene Bewusstseinsvorgänge sowie die anderer Personen zu interpretieren. Diese Fähigkeit wird durch Erkrankungen im Rahmen des autistischen Spektrums (ASD) nachhaltig eingeschränkt. Eine Reihe bekannter ASD-Gene, wie zum Beispiel CNTNAP2, auch als kommunikationsrelevante, gelten daher als Sprachgene. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass die Regulierung von Genen eine größere Rolle in der Primatenevolution spielt als Unterschiede der DNA-Sequenzen. Um sprachrelevante Unterschiede in den Kandidatengenen auszumachen sind wir daher an Mechanismen interessiert welche die Regulation beeinflussen, wie der DNA-Methylierung. Bislang gibt es nur wenige genomweite vergleichende Untersuchungen der Methylierung im Gehirn von Menschen und Primaten. Zudem wurde überwiegend Gesamtgewebe nicht aber einzelne Zelltypen untersucht, ein Vorgehen das durch speziesspezifische Zelltyp-Anteile im Gesamtgewebe zu Verzerrungen führen kann. Wir vermuten, dass sich im Laufe der Evolution neuronale DNA-Methylierungsmuster bei Menschen und Primaten unterschiedlich entwickelt haben. Um dieser Vermutung nachzugehen, wollen wir Neuronen aus frontalem Cortex-Gewebe von menschlichen und nicht-menschlichen Primaten-Proben untersuchen. Wir wollen eine Pipeline entwickeln, die angefangen bei der Isolierung von Neuronen mittels Laser-gestützter Verfahren (laser captured microdissection, LCM) über geeignete Methoden der DNA/RNA-Extraktion bis hin zu nachgeschalteten Applikationen reicht. Zu letzteren gehören Next Generation Sequenzierungsverfahren (RRBS; RNA-Seq) sowie Pyrosequenzierung und qPCR als Goldstandards zur Bestätigung der generierten Ergebnisse. Mit dieser Pipeline können wir (human-)spezifische neuronale DNA-Methylierungsmuster aufdecken und so Einblicke in die molekularen Grundlagen der Evolution kommunikations-/sprachrelevanter Gene erhalten. Das beantragte Forschungsprojekt kann so zum Verständnis menschlicher Sprachfähigkeit beitragen und damit auch den Weg zu neuen, effektiveren Behandlungsstrategien von Sprachstörungen im Rahmen des autistischen Erkrankungsspektrums eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Eberhard Schneider, bis 6/2016