Würmer können Hinweise auf neurologische Störungen halten

Dieser Artikel von Behind the Scenes wurde in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation an LiveScience übergeben.

Basiru Leigh blickt in ein Mikroskop im Labor von Oliver Hobert von der Columbia University in New York. Leigh untersucht mutierte Bodenwürmer von einer Art bekannt als C. elegans.

"Dort! Sie sehen?" er rief aus. "Sie bewegen sich abnormal - in einem Kreis statt in einer U-Form." Diese unkoordinierte Bewegung ist ein Symptom der motorischen Neuronenkrankheit der Würmer; Leigh versucht die Ursache zu finden. Seine Hypothese: Zwei Transkriptionsfaktoren, Proteine, die die Expression anderer Gene regulieren, spielen eine Rolle bei den abnormalen Bewegungen der Mutantenwürmer.

Einige der ärgerlichsten und entsetzlichsten menschlichen Krankheiten, wie Spinale Muskelatrophie und Amyotrophe Lateralsklerose, sind neurologische Störungen, die aus der Degeneration und dem Tod von Motoneuronen resultieren, den Zellen, die die Muskelaktivität wie Sprechen, Gehen, Atmen und Schlucken kontrollieren.

Das Verständnis der Ursachen dieser Krankheiten wäre ein Vorteil der Forschung in Hoberts Labor in Columbia. Unter Hoberts Anleitung versuchen Postdocs und Doktoranden - und eine Handvoll jüngerer Studenten wie Leigh - herauszufinden, wie sich Neuronen entwickeln und differenzieren C. elegansein mikroskopisch kleiner Wurm, dessen Nervensystem in vielerlei Hinsicht dem der Menschen analog ist.

Leigh hat die Möglichkeit, in Hoberts Labor zu arbeiten, dank der Harlem Children Society, einem NSF-finanzierten Programm, das vor zehn Jahren von Sat Bhattacharya, einem Molekulargenetiker bei Memorial Sloan Kettering, ins Leben gerufen wurde.

Das Ziel der gemeinnützigen Organisation ist es, Schüler mit niedrigem Einkommen und Minderheiten (95 Prozent Minderheit, mehr als 58 Prozent Frauen) zu ermutigen, eine Karriere in Wissenschaft, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (MINT) und verwandten Disziplinen zu machen Praktisches Programm, das bezahlte Forschungspraktika bei führenden Institutionen und wöchentliche Workshops und Seminare umfasst.

Die Harlem Children Society wurde in New York City gegründet, hat ihr Programm jedoch erweitert und angepasst, um den lokalen Bedürfnissen in ländlichen und städtischen Gebieten in den Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt gerecht zu werden.

Leigh begann mit der Harlem Children Society vor fünf Jahren, als er 15 Jahre alt war und sein zweites Studienjahr an der Bronx High School for Medical Science besuchte. Er schreibt dem Programm seinen Erfolg am City College zu, wo er gerade sein zweites Jahr mit einem Doppelsemester in Biologie und Informatik abgeschlossen hat.

Diesen Sommer ist Leigh einer von zwei Studenten der Harlem Children Society, die in Hoberts Labor arbeiten. Leigh arbeitet unter der direkten Leitung von Paschalis Kratsios, einem Postdoc, dessen Forschung sich auf die Rolle verschiedener Transkriptionsfaktoren bei der Entwicklung und dem Überleben von Motoneuronen konzentriert. Transkriptionsfaktoren sind kritisch wegen ihrer Rolle, die die Expression von so vielen anderen Genen reguliert. Ein Verständnis ihrer Funktionsweise könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, den Prozess der Neuronenentwicklung zu kontrollieren und schließlich Therapien für neurologische Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und Amyotrophe Lateralsklerose zu finden.

Kratsios hat ein einfaches, aber wichtiges Projekt entworfen, das Leigh während seiner 12-wöchigen Mentorzeit absolvieren kann: eine Studie über die Transkriptionsfaktoren Vab-15 und Zag-1 und ihre Rolle bei der Koordination der Bewegungen von C. elegans.

C. elegans ist ein besonders nützlicher Organismus für die neurologische Forschung, da es ein einfaches Nervensystem (insgesamt 312 Neuronen) und einen dreitägigen Entwicklungszyklus aufweist. Es hat auch eine transparente Haut, die bei der Untersuchung von Motoneuronen unter einem Mikroskop hilfreich ist.

Leigh begann seine Forschung mit der Untersuchung der Rolle des Transkriptionsfaktors Zag-1 unter Verwendung eines genetischen Grundversuchs. Zuerst züchtete er genetisch normale Würmer, deren Motoneuronen mit grünen fluoreszierenden Proteinen (GFPs) markiert waren, wobei mutierte Würmer Zag-1 vermissten. Dann trennte Leigh die Nachkommen, die die gleichen unkoordinierten Bewegungen zeigten wie ihre Mutanteneltern. Die Motorneuronen der Nachkommen waren jetzt alle mit GFPs markiert, und Leigh konnte sie mithilfe eines Fluoreszenzmikroskops zählen, um herauszufinden, ob die unkoordinierten Nachkommen weniger Motoneurone besaßen als ihre normalen Eltern.

Leighs Entdeckung war überraschend: Die unkoordinierten Nachkommen hatten alle ihre motorischen Neuronen. Leigh konnte nun schlussfolgern, dass die Abwesenheit von Zag-1 das Überleben von Motoneuronen nicht beeinflusst. Die unkoordinierten Bewegungen der Mutantenwürmer könnten stattdessen dazu führen, dass einige oder alle der Motoneurone nicht korrekt arbeiten. Aber in welcher Art und Weise sind sie dysfunktional? Diese Frage will Leigh in der nächsten Phase seiner Forschung beantworten.

Um es zu beantworten, wird Leigh ein weiteres genetisches Experiment durchführen. Dieses Mal wird er Zag-1-Mutantenwürmer mit normalen Würmern züchten, die nur dann GFPs aktivieren, wenn Motorneuronen ihre Neurotransmitter freisetzen. Leigh erwartet, dass, wenn er die unkoordinierte Nachkommenschaft dieser neuen Paarung untersucht, einige ihrer Motoneuronen nicht mit GFP aufleuchten. Dieses Ergebnis würde darauf hinweisen, dass die Abwesenheit von Zag-1 den Neurotransmitter-Signalweg beeinflusst C. Elegans motorische Neuronen.

Leigh sagte, dass die Erfahrung der Zusammenarbeit mit einem Mentor in einem echten Labor von unschätzbarem Wert ist: "Dr. Kratsios erklärt alles im Detail - ich habe hier so viel mehr über Genetik gelernt als im Unterricht." Und er ist begeistert, die Möglichkeit zu haben, selbst zu recherchieren: "In meinem Alter, um die Chance zu bekommen, selbst zu recherchieren ... das ist das Beste."

Aber für Leigh, der hofft, eines Tages Neurochirurg zu sein, ist das aufregendste an dieser Erfahrung die Teilnahme an Forschungen, die eines Tages zur Behandlung von Krankheiten wie Parkinson beitragen könnten. "Muhammad Ali ist einer meiner Helden", sagte Leigh, "also ist es wirklich cool, etwas zu tun, das ihm eines Tages helfen könnte."

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation (NSF) unterstützt, der Bundesbehörde zur Finanzierung von Grundlagenforschung und Bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Alle in diesem Material geäußerten Meinungen, Erkenntnisse, Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die des Autors und spiegeln nicht notwendigerweise die Ansichten der National Science Foundation wider. Siehe das Hinter den Kulissen-Archiv.

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