Geschichten von den Anfängen der Epigenetik und Psyche – Zweiter Teil: ein Puzzle (1)

 

„Omnis cellula e cellula“ und „Omnis membrana e membrana“

Abb. “brainbow” von mit verschiedenen Farben markierten Neuronen der Großhirnrinde.

Bild: Lichtman Lab/Harvard University

Von Rudolf Virchow wurde 1846 die „molekulare zellhaltige, leicht zerfallende Bindesubstanz“ im Gehirn entdeckt, die einen Art „Kitt oder Leim“ (Glia) bildet, in den die neuronalen Elemente eingesenkt sind. Virchow glaubte ein synzytiales Gliaretikulum dargestellt zu haben, das bereits den modernen Vorstellungen des Aufbaus des Neuropils außerordentlich nahekommt.

In Anlehnung an den Aphorismus Virchow´s: „Omnis cellula e cellula“ schrieb 1980 der Biologe Günter Blobel „Omnis membrana e membrana“ und meinte damit, dass bei Zellen alle zellulären Reaktionen in biologischen membrangebundenen Organellen stattfinden und  beleuchtete so das Prinzip der Membranbiogenese ( Blobel, 2000 ) sowie die Herausforderung, die die eukaryontischen Zellen zu meistern haben, nämlich Material effizient zwischen Organellen, einschließlich Ladungen und Membranen, präzise auszutauschen.

Leben ist somit ein System aus sich selbst bildenden Mikrokompartimenten, die imstande sind, nutzbare Energie in Kohlenstoffchemie umzusetzen, sodass mehr ihresgleichen entsteht.Günter Blobel erhält 1999 den Nobelpreis aus den Händen des schwedischen Königs Carl Gustaf.

Andererseits ist das Leben eine chemische Reaktion. Bei allen Lebensformen sind es Redoxreaktionen – bei uns Menschen ist das die Verbrennung von Sauerstoff in unseren Mitochondrien, bei anderen Organismen sind es andere chemische Reaktionen, die zum Aufbau der Protonengradienten in der Atmungskette ablaufen.“

 

Erste Skizze eines Neuronennetzes

Im Jahre 1895 verfasste der damals vierzigjährige Sigmund Freud eine von ihm nie veröffentlichte umfassende Schrift mit dem Titel „Entwurf einer Psychologie“ (1895) (Manuskript; veröffentlicht 1950).

Sie stellte den Versuch dar, eine Theorie des „seelischen Apparates“ auf der Grundlage der soeben etablierten Neuronentheorie von Heinrich Wilhelm Waldeyer (1881) und der Erstbeschreibung der Synapsen als interneuronale Schaltstellen durch Charles S. Sherington (1897) zu entwickeln.

In dieser Schrift „Entwurf einer Psychologie“ findet sich die Skizze eines Neuronennetzes, welche späteren Vorstellungen von gekoppelten, aktivierenden und inhibierenden Neuronen, das heißt gemischten Feedbacksystemen, schon sehr nahekommt.

Abb. Freud — Entwurf einer Psychologie — Skizzen. Published 21. März 2015

https://lacan-entziffern.de/freud-entwurf-einer-psychologie-skizzen/

 

Das Wiener Vivarium

Das Wiener Vivarium war ein Schauaquarium, das anlässlich der Wiener Weltausstellung 1873 im Wiener Prater erbaut wurde. 1903 wurde es unter dem Zoologen Hans Leo Przibram in eine experimentelle Biologische Versuchsanstalt umgewandelt, in der auch ab 1902 der Wiener Biologe Paul Kammerer forschte. Sein Anliegen war der Beweis der Vererbung erworbener Eigenschaften. Er kam unter den Verdacht seine experimentellen Ergebnisse gefälscht zu haben. Ob Kammerer seine Ergebnisse fälschte oder nicht, konnte schlussendlich nicht erhoben werden. 1926 wurde er in Puchberg am Schneeberg tot aufgefunden.

Abb. Die Biologische Versuchsanstalt (BVA) im Wiener Prater war eine der weltweit modernsten biologischen Forschungseinrichtungen, hier wurde zwischen 1903 und 1938 Biologie- und Medizingeschichte geschrieben.

Klaus TaschwerJohannes FeichtingerStefan SienellHeidemarie Uhl . Experimentalbiologie im Wiener Prater. Zur Geschichte der Biologischen Versuchsanstalt 1902-1945. 2016

Abb. Das letzte Exemplar der fünften Generation der von Kammerer „wassergezüchteten“ Geburtshelferkröte mit den Brunftschwielen.

 

DNA macht RNA, RNA macht Protein

1953 veröffentlichten JD Watson und FHC Crick die berühmte Doppelhelix (Molecular Structure of Nucleic Acids, Nature, No. 4356, April 25, 1953). “Es ist unserer Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass die von uns vorgeschlagenen Paarungen auf einen möglichen Kopiermechanismus des genetischen Materials hinweisen.” Neun Jahre später halten die beiden den Nobelpreis für Medizin in Händen.

Abb. Watson, Crick und das DNA-Modell von 1953

Abb. FHC Crick erhielt 1962 zusammen mit JD Watson und Maurice Wilkins den Medizin-Nobelpreis

Crick war der Autor des sogenannten ‘Zentralen Dogmas der Molekularbiologie’, das in die Annalen der Wissenschaftsgeschichte Eingang gefunden hat.

In Kurzform: DNA macht RNA, RNA macht Protein.”

Als solches liefert genetische Information die Blaupause für die Herstellung der Proteine, die für die Zellfunktion notwendig sind. Die epigenetischen Informationen liefern Anweisungen für die Verwendung dieses Bauplans und ermöglichen ein geordnetes und reguliertes Genexpressionsmuster.

 

Ein führender Experte in der Erforschung des MECP2-Gens

Dem Epigenetiker Adrian Peter Bird gelang es, die Symptome des Rett-Syndroms bei Mäusen (als Modellorganismus) rückgängig zu machen. Bird gilt als einer der führenden Experten in der Erforschung des MECP2-Gens, dessen Mutation für die Mehrzahl der Fälle des Rett-Syndroms verantwortlich ist.

Abb. Mäuse, denen eine “Mini” -Version des MECP2-Gens injiziert wurde, exprimieren ein Fragment des Proteins (rot) in ihren Neuronen.

https://reverserett.org/about-us/people/sir-adrian-p-bird-phd/

Bird A. Perceptions of epigenetics. Nature. 2007;447(7143):396–398.

 

ES WERDE HIRN!

IMBA-Forscher Jürgen Knoblich und sein Team schafften es – zum allerersten Mal weltweit – 2013 aus menschlichen Stammzellen kleine dreidimensionale Gehirnmodelle wachsen zu lassen und schafften, Gehirn-Organoide im Labor biotechnologisch weiterzuentwickeln. Mit Hilfe spezieller Polymer-Mikrofasern, die eine Art Gerüst für die heranwachsenden Nervenzellen bilden, werden die Gehirnmodelle dem menschlichen Original in Form und Struktur noch ähnlicher.

Josef Martin Penninger ist ein österreichischer Genetiker und war von 2003 bis 2018 wissenschaftlicher Direktor am IMBA in Wien. 2018 übernahm er die Leitung des Life Sciences Institute an der University of British Columbia.

Abb. JM Penninger

2012 erhielt IMBA- Gründungsdirektor Josef Martin Penninger den begehrten “Innovator Award” für die Erforschung der Beteiligung des für den Knochenstoffwechsel wichtigen Proteins RANKL an der Brustkrebsentstehung.

 

Neuroneogenese und DAS Konzept der tetrapartiten Synapse

Das Phänomen der Neuroneogenese, also des Entstehens neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn, spielt vermutlich eine wichtige Rolle bei der Entstehung von psychiatrischen Erkrankungen, bei denen degenerative Veränderungen, neuronale Entwicklungsstörungen bzw. Alterationen der neuronalen Plastizität als pathophysiologisch relevant angesehen werden. Insbesondere für Demenzerkrankungen, Suchterkrankungen sowie Schizophrene und affektive Psychosen könnte daher eine gestörte Neuroneogenese einen wesentlichen aetiopathogenetischen Faktor darstellen.

Die tetrapartite Synapse ist das Konzept, dass 4 zelluläre Einheiten zur synaptischen Signalübertragung beitragen: das präsynaptische Neuron, das postsynaptische Neuron, die Glia und die extrazelluläre Matrix.

Abb. Darstellung der Tetrapartitsynapse. Elemente, aus denen es besteht, sind die prä- und postsynaptischen Terminals, die sie umgebenden Astrozytenprozesse und die zwischen diesen Elementen angeordneten perisynaptischen extrazellulären Matrixkondensationen .

Elizabeth Gould. Adult Neurogenesis, Glia, and the Extracellular Matrix. May 2019, Cell stem cell

Der Wiener Histologe Alfred Pischinger (1899-1983) bearbeitete kurz nach 1945 die Bedeutung der Interzellularsubstanz für die Regelung aller Lebensvorgänge und schuf die Lehre vom „Grundsystem“. Damit baute er die Brücke zwischen Gewebe und den humoralen wie neuralen Regelsystemen. Pischinger zog damals die weitreichendste Schlussfolgerung, wie sein folgender Satz beweist: „Die Zelle ist eigentlich eine Fiktion, da sie ohne ihr Milieu, dem Grundsystem, nicht lebensfähig ist.“

PISCHINGER, A.: Das System der Grundregulation, 1. Aufl. + 10. Aufl., Stuttgart: Haug; 1975 + 2004

 

Ihr Eduard Rappold

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Eduard Rappold

Dr. Eduard Rappold, MSc ist ein erfahrener Forscher und Arzt, der sich seit Jahrzehnten für geriatrische PatientInnen einsetzt. In seinem Bemühen für Alzheimer-Erkrankte eine immer bessere Versorgung zu ermöglichen, wurde er 2003 mit dem Gesundheitspreis der Stadt Wien für das Ernährungszustandsmonitoring von Alzheimer-Kranken ausgezeichnet. Im Zuge seines Masterstudiums der Geriatrie hat er seine Entwicklung des Epigenetic Brain Protector wissenschaftlich fundiert und empirisch überprüft. Im September 2015 gründete er NUGENIS, ein Unternehmen, mit dem er Wissenschaft und Anwendung zusammenbringen möchte. Damit können Menschen unmittelbar von den Ergebnissen der Angewandten Epigenetik für ihre Gesundheit profitieren. Mit dem Epigenetic Brain Protector hat Dr. Eduard Rappold, MSc bereits für internationales Aufsehen gesorgt – auf der international wichtigsten Innovationsmesse, der iENA, wurde er 2015 mit einer Goldmedaille für hervorragende Leistungen zum Schutz vor Neurodegeneration ausgezeichnet. Auf den Webseiten epigenetik.at und facebook.com/nugenis können Themen zur Epigenetik und Aktuelles nachgelesen werden.