När gener muterar kan detta leda till allvarliga sjukdomar i det mänskliga nervsystemet. Forskare vid universitetet i Leipzig och universitetet i Würzburg har nu använt fruktflugor för att visa hur, förutom den negativa effekten, mutationen av en neuronal gen kan ha en positiv effekt – nämligen högre IQ hos människor. De har publicerat upptäckten i tidskriften Brain .

Synapser är kontaktpunkterna i hjärnan via vilka nervceller "pratar" med varandra. Störningar i denna kommunikation leder till sjukdomar i nervsystemet, eftersom förändrade synaptiska proteiner till exempel kan försämra denna komplexa molekylära mekanism. Detta kan resultera i lindriga symtom, men också mycket allvarliga funktionsnedsättningar hos de drabbade.

Intresset hos de två neurobiologerna professor Tobias Langenhan och professor Manfred Heckmann, från Leipzig respektive Würzburg, väcktes när de i en vetenskaplig publikation läste om en mutation som skadar ett synaptiskt protein. Till en början väckte de drabbade patienterna forskarnas uppmärksamhet eftersom mutationen fick dem att bli blinda. Men läkarna märkte då att patienterna också hade en intelligens över genomsnittet. "Det är mycket sällsynt att en mutation leder till förbättring snarare än förlust av funktion", säger Langenhan, professor och innehavare av en professur vid Rudolf Schönheimer Institute of Biochemistry vid Medicinska fakulteten.

De två neurobiologerna från Leipzig och Würzburg har använt fruktflugor för att analysera synaptiska funktioner i många år. "Vårt forskningsprojekt var utformat för att infoga patienternas mutation i motsvarande gen i flugan och använda tekniker som elektrofysiologi för att testa vad som sedan händer med synapserna. Det var vårt antagande att mutationen gör patienterna så smarta eftersom det förbättrar kommunikationen mellan neuronerna som involverar det skadade proteinet", förklarar Langenhan. "Naturligtvis kan du inte utföra dessa mätningar på synapser i hjärnan hos mänskliga patienter. Du måste använda djurmodeller för det."

Tre fjärdedelar av gener som orsakar sjukdomar hos människor finns också i fruktflugor

Först visade forskarna, tillsammans med forskare från Oxford, att flugproteinet RIM ser molekylärt identiskt ut med det hos människor. Detta var väsentligt för att kunna studera förändringarna i den mänskliga hjärnan i flugan. I nästa steg infogade neurobiologerna mutationer i fluggenomet som såg ut precis som de gjorde hos de sjuka. De gjorde sedan elektrofysiologiska mätningar av synaptisk aktivitet. "Vi observerade faktiskt att djuren med mutationen visade en mycket ökad överföring av information vid synapserna. Denna fantastiska effekt på flugsynapserna finns förmodligen på samma eller liknande sätt hos mänskliga patienter, och kan förklara deras ökade kognitiva prestanda, men också deras blindhet", avslutar professor Langenhan.

Forskarna upptäckte också hur den ökade överföringen vid synapserna uppstår:De molekylära komponenterna i den sändande nervcellen som utlöser de synaptiska impulserna rör sig närmare varandra som ett resultat av mutationseffekten och leder till ökad frisättning av signalsubstanser. En ny metod, superupplösningsmikroskopi, var en av teknikerna som användes i studien. "Detta ger oss ett verktyg att titta på och till och med räkna enskilda molekyler och bekräftar att molekylerna i den avfyrande cellen är närmare varandra än vad de normalt är", säger professor Langenhan, som också fick hjälp i studien av professor Hartmut Schmidts forskargrupp från Carl Ludwig-institutet i Leipzig.

"Projektet visar på ett vackert sätt hur ett extraordinärt modelldjur som fruktflugan kan användas för att få en mycket djup förståelse av mänskliga hjärnsjukdomar. Djuren är genetiskt mycket lika människor. Det uppskattas att 75 procent av generna involverar sjukdom hos människor finns också i fruktflugan", förklarar professor Langenhan och pekar på ytterligare forskning om ämnet vid Medicinska fakulteten. "Vi har startat flera gemensamma projekt med humangenetiker, patologer och teamet från Integrated Research and Treatment Center (IFB) AdiposityDiseases; baserat på Leipzigs universitetssjukhus studerar de utvecklingsstörningar i hjärnan, utvecklingen av maligna tumörer och fetma. Här, Vi kommer också att infoga sjukdomsframkallande mutationer i fruktflugan för att replikera och bättre förstå mänskliga sjukdomar."