Dies ist das Transkript zur Podcast-Folge Das Geheimnis des großen Gehirns – mit Wieland Huttner


Unterstütze unsere Arbeit mit einem Trinkgeld:
IBAN: DE82 1001 0010 0206 8851 38 (Dennis Eckmeier, Postbank) oder PayPal


00:00 Vorschau

Dennis Eckmeier: Homo errectus und seine vielen Nachkommen – vor allem der Neanderthaler, der Denisova-Mensch und wir – nehmen seit rund 2 Millionen Jahren eine gewisse Sonderrolle unter den Säugetieren ein.

Tatsächlich gibt es eine Reihe Unterschiede zu den Menschenaffen, unseren nächsten verbliebenen Verwandten: Aufrechter Gang, weniger Körperbehaarung, geschicktere Hände.

Den größten Unterschied macht aber das Verhalten. Kein Tier ist so flexibel in der Kommunikation mit Artgenossen und der Gestaltung sozialer Strukturen und kein Tier hat es technologisch so weit gebracht wie wir.

Und diese Dinge steuert das Gehirn. Der offensichtlichste Unterschied zwischen unserem Gehirn und dem Gehirn von Menschenaffen ist die Größe des Neokortex; dem Teil der Großhirnrinde, der beim Menschen fast die gesamte Oberfläche des Gehirns ausmacht.

Wieso ist das so groß? Und spielt die Größe wirklich eine Rolle?

Wieland Huttner war einer der Gründungsdirektoren des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden. Er und seine Mitarbeiter*Innen haben in den letzten 15 Jahren große Fortschritte in der Beantwortung dieser Frage gemacht. Und darum geht es gleich.

01:13 Einleitung

Willkommen zur Expedition in die Forschung. Wir erzählen euch gemeinsam mit den Forschenden von aktuellen Forschungsergebnissen und was dahintersteckt. Bei mir ist mein Co-Moderator Bart Geurten.

Bart Geurten: Hallo!

Dennis Eckmeier: Und ich bin Dennis Eckmeier. Wir haben beide gemeinsam Biologie studiert und in der Neurobiologie promoviert. Bart ist Postdoc an der Uni Göttingen und ich bin Wissenschaftskommunikator. Sag mal, Bart, bist du überhaupt noch Postdoc? Du hast doch hier eine entfristete Stelle ganz edel.

Bart Geurten: Ich verstehe nicht ganz genau, wo der Postdoc aufhört. Wahrscheinlich bin ich im englischen System ein Staff Scientist. Die anderen Professoren an diesem Lehrstuhl sagen zwar immer, ich hätte auch eine eigene Arbeitsgruppe. Das spielt sich aber meines Erachtens nach in nichts wider, außer dass ich viele Studenten betreue und die gleiche Arbeit mache. Aber ich bin zum Beispiel noch immer ein E13-Angestellter des öffentlichen Dienstes. Wenn ihr übrigens mit Expedition in die Forschung auf dem Laufenden bleiben wollt, könnt ihr gerne den Podcast abonnieren.

Dennis Eckmeier: Auf unserer Webseite expeditionindieforschung.de findet ihr alle Quellen und das Transkript zu dieser Folge. Außerdem auch alle anderen Inhalte, zum Beispiel meine Kurzvideos.

Bart Geurten: Und in den sozialen Medien sind wir @ExpIDForschung.

02:41 Die Fragestellung

Dennis Eckmeier: Wieso fliegt der Mensch ins Weltall, aber der Schimpanse nicht? Eigentlich haben wir schon Schimpansen im Weltall gehabt. Das ist eine sehr allgemeine Frage, die wahrscheinlich viele Antworten hat. Statt diese große Frage zu beantworten, konzentriert man sich in der Wissenschaft zunächst einmal auf eine Teilfrage, die hoffentlich leichter zu beantworten ist. Aus den am Anfang genannten Gründen bietet es sich an, die Suche nach einer Teilantwort auf das Gehirn zu beschränken. Und zwar auf ein anatomisch sehr auffälliges Merkmal im besonders großen Neocortex des Menschen. Statt also zu fragen, was ist beim Menschen anders, fragen wir konkret: …

Wieland B. Huttner: Warum haben wir Menschen ein dreimal so großes Gehirn wie Schimpansen, unsere nächsten lebenden Verwandten?

Bart Geurten: Weil man die Unterschiede zwischen den Gehirnen von Schimpansen und Menschen bereits im Embryo sehen kann, muss der Unterschied in der embryonalen Entwicklung liegen. Während sich ein Embryo entwickelt, werden die späteren Gehirnzellen aus Vorläuferzellen gebildet.

Wieland B. Huttner: Je mehr die produzieren an Tochterzellen, umso größer wird das Gehirn.

Dennis Eckmeier: Und wie könnte es dazu kommen? Wer die Evolutionstheorie verstanden hat, mindestens aber, wer die Neuauflage von „Planet der Affen“ kennt, ahnt schon, was auch die Wissenschaft seit langem annimmt: Das Geheimnis wird in den Genen liegen.

Bart Geurten: Während der Entwicklung des Kindes werden viele Gene zu ganz bestimmten Zeiten in den verschiedenen Stamm- und Vorläuferzellen an- und ausgeschaltet. Dadurch wird gesteuert, wie viele von welchen Zellen wo entstehen. Wir können also jetzt ganz spezifisch fragen: …

Wieland B. Huttner: Welche Gene sind in den Stamm- und Vorläuferzellen aktiv?

Dennis Eckmeier: Solche Fragen zu beantworten, darauf sind Wieland B. Huttner und seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter spezialisiert.

04:25 Wer ist Wieland Huttner?

Bart Geurten: Das Gehirn hat ihn schon immer fasziniert.

Wieland B. Huttner: Ich hatte, als ich Pi mal Daumen 17 war, einen „Streit“, in Anführungsstrichen, mit einem Klassenkameraden, Freund, der sagte: Du wirst das Gehirn nie verstehen. Und ich sagte: Doch, doch, werden wir.

Dennis Eckmeier: Und das ließ ihn nicht mehr los. Kurze Zeit später stand die Entscheidung an: …

Wieland B. Huttner: Was studiere ich jetzt? Und habe mir überlegt, ich komme am besten ans Gehirn dran, wenn ich entweder Psychologie studiere oder Chemie. Dann sagte mein damals noch lebender Vater: Mach doch Medizin, das ist genau in der Mitte. Und genau das habe ich dann gemacht, habe Medizin studiert, habe aber immer das Gehirn im Hinterkopf behalten. Und als ich meine Doktorarbeit in physiologischer Chemie machte, bin ich hin zu dem Professor und habe gesagt: Ich möchte gern übers Gehirn, Biochemie des Gehirns machen. Da sagt er: Ja, ja. Ja, ja. Machen wir. Am Schluss kam bei raus, dass ich Lebern perfundierte. Aber das hat mich nicht abgehalten. Als ich dann meinen ersten Postdoc machte, habe ich tatsächlich auch das Gehirn perfundiert, und zwar mit einer Lösung, die hyperton war und die dazu führte, dass die Astrozyten selektiv starben, platzen. Und das wiederum führte dazu, dass man erstmals aus dem erwachsenen Gehirn Nervenzellen rausholen konnte, sogenannte Bulk Isolation.

Bart Geurten: Wieland B. Huttner hat sich also schon früh darauf spezialisiert, verschiedene Sorten von Gehirnzellen voneinander zu trennen und einzeln zu untersuchen.

Wieland B. Huttner: Gut! Und dann begann mein Postdoc in dem eigentlichen Labor, was für mich augenöffnend war, bei meinem Mentor Paul Greengard, in den USA an der Yale Universität damals. Der dann auch später im Jahr 2000 den Nobelpreis bekam für Physiologie und Medizin.

Dennis Eckmeier: Dort arbeitete er an einem Mechanismus zum An- und Ausschalten, also Regulieren von Proteinen, die auch für die Funktion von Nervenzellen wichtig ist, der Phosphorylierung.

Wieland B. Huttner: Aufgrund relativ erfolgreicher Postdoc-Zeit wurde ich Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Psychiatrie in Martinsried. Und dort gab es einen neuen Direktor mit dem Namen Hans Thoenen. Da bekam ich eben so eine Nachwuchsgruppe, und das war für mich als damals 31-Jährigen schon eine irre Sache.

Bart Geurten: Das ist auch alles andere als selbstverständlich. Nur wenige kommen in den Genuss einer solchen Position.

Wieland B. Huttner: Man war völlig frei, konnte machen, was man wollte. Und ich weiß noch, wie ich dann etwas gefunden hatte, was mit Neurowissenschaften überhaupt nichts zu tun hat, nämlich die sogenannte Tyrosin-Sulfatierung.

Dennis Eckmeier: Die Tyrosin-Sulfatierung ist so etwas ähnliches wie die Phosphorylierung, ist aber nicht rückgängig zu machen.

Wieland B. Huttner: Aber ich war trotzdem enttäuscht, weil sie eben nicht regulatorisch ist. Trotzdem hat mich diese Modifikation durch die ersten 5 Jahre des Gruppenleiters in München erfolgreich gebracht, und dann wurde ich Senior Gruppenleiter sozusagen am EMBL, am Europäischen Labor für Molekularbiologie in Heidelberg. Wo ich ein bisschen davon weitermachte, aber ich wollte immer wieder ans Gehirn.

Bart Geurten: Die Sache ist die: Wenn man einmal für etwas bekannt ist, ist man als Wissenschaftler ein wenig dazu gezwungen, ich sag mal, die Kuh zu melken. Denn man bekommt am ehesten Fördermittel, wenn man etwas macht, für das man schon bekannt ist. Deshalb hat Wieland B. Huttner weiterhin an Tyrosin-Sulfatierung gearbeitet und nicht direkt am Gehirn. Auch wenn er einige Proteine gefunden hat, die Tyrosin-sulfatiert werden und auch im Nervensystem eine Rolle spielen, nämlich bei der Sekretion.

Wieland B. Huttner: Dann waren die 5 Jahre in Heidelberg als Gruppenleiter um, insgesamt 10 Jahre Gruppenleiter. Dann erhielt ich den Ruf auf die Nachfolge von Melitta Schachner auf dem Lehrstuhl für Neurobiologie in Heidelberg, an der Uni Heidelberg. Da habe ich beschlossen, ich ändere das Gebiet und mache jetzt endlich das, endlich das, was ich machen wollte, nämlich Hirnforschung. Und habe gesagt: Mich interessiert die Größe des Gehirns. Bei meiner Abschiedsfeier am EMBL, das wussten die Leute, dass ich darüber arbeiten würde, haben die mich natürlich auf Deutsch gesagt verkackeiert und Witze gemacht und gesagt: Das ist ja völlig albern, was du da vorhast. Das schaffst du nie. Und so weiter. Na gut! Und dann ging es eben los mit der Forschung am Institut für Neurobiologie an der Uni Heidelberg. Aber ich muss gestehen, die 10 Jahre an der Uni Heidelberg, das war sehr zögerlich, wie wir loslegten. Der Grund war, dass wir das alte Gebiet, also Neurosekretion, weitermachen „mussten“, in Anführungsstrichen, damit das Department genug Geld hatte über Grants. Weil ich hatte beeinflusst durch das EMBL eine neue Struktur in dem Department geschaffen, wo es unabhängige Gruppenleiter gab. Also ich hatte mir geschworen, als ich mit 31 unabhängiger Gruppenleiter bei Max-Planck war: Wenn ich jemals in der Position sein sollte, dass ich Einfluss nehmen könnte, dann würde ich jungen Leuten die Chance geben, unabhängig zu forschen. Und hatte dort eben 7 andere Kollegen, die fantastische Forscher waren. Die waren alle unabhängige Gruppenleiter, sprich, die publizierten ohne mich. Ist ja auch gut so. Aber ich musste natürlich die Grundausstattung bereitstellen, und dafür brauchte ich die erfolgreiche Forschung über Neurosekretion. Und das wiederum führte dazu, dass die Forschung über das eigentlich mich interessierende Gebiet, nämlich Hirngröße, sehr langsam voranging.

Dennis Eckmeier: Daran sieht man noch einmal, wie die Abhängigkeit von Fördermitteln oft Forschungsentscheidungen beeinflussen können. Damit alle in seiner Abteilung frei forschen können, hat Prof. Huttner seine eigenen Forschungswünsche ein wenig hintenangestellt. Nur so konnte er genug Fördermittel eintreiben.

Wieland B. Huttner: Dann kam der Fall der Mauer und neue Institute, und ich wurde angesprochen, ob ich denn bereit wäre, da ein neues Institut mitzugründen. Und ich sagte: Bin ich im Prinzip bereit, aber nur, wenn ihr dann wirklich die Klappe haltet und völlig geheim haltet. Denn ich war Sprecher eines Sonderforschungsbereichs in Heidelberg, und der stand vor der Verlängerung. Wenn das rausgekommen wäre, dann wäre der, glaube ich, nicht verlängert worden. Und dann waren die beiden Städte, die zur Frage standen, Halle oder Jena, weil Sachsen schon genug Max-Planck-Institute hatte, in Anführungsstrichen. Also entweder Halle in Anhalt oder Jena in Thüringen. Und dann, mein Vater lebte damals noch, und der sagte: Wieland, Dresden, wirklich eine der schönsten Städte Deutschlands. Wenn, dann gehe nach Dresden. Da habe ich gesagt zu der Max-Planck-Kommission: Ja, ich stehe zur Verfügung, aber nur für Dresden. Dann kamen Anrufe von sehr wichtigen Menschen in der Max-Planck-Gesellschaft, ich soll doch, wenn schon Sachsen, dann nach Leipzig. Leipzig wäre doch so viel besser. Und ich sagte: Nein, nein. Ich will nach Dresden. Und habe dann meinem Freund und auch damaligen Mentor Kai Simons vom EMBL gesagt: Hör zu, Kai, lass uns doch beide in den Osten gehen. Und er sagte: Ja, klar, super! Und ich sagte: Kai, wenn du gehst, gehe ich auch. Dann haben wir eben Marino Zerial, Anthony Hymen noch rekrutiert als vier Gründungsdirektoren und haben das neue Institut in Dresden aufgebaut.

Bart Geurten: 1998 wurde das Institut gegründet, hatte aber vorerst noch kein Gebäude in Dresden. Das bekamen sie 2001.

12:05 Es geht los!

Wieland B. Huttner: In dem Augenblick, sozusagen befreit von der Last, Neurosekretionen untersuchen zu müssen, um Geld einzuwerben, explodierte, salopp formuliert, entschuldigen Sie den Ausdruck, aber ging unsere Forschung so richtig los.

Dennis Eckmeier: Nun konnten Prof. Huttner und sein Team also endlich an den Stamm- und Vorläuferzellen forschen, aus denen die Nervenzellen des Neocortex hervorgehen. Davon gab es zwei Typen. Um die auseinanderzuhalten und getrennt zu analysieren, musste erst einmal eine Methode gefunden werden, um sie mit Farbstoffen unterschiedlich zu markieren. Dazu machten sie sich zu Nutze, dass die Zellen unterschiedliche Fortsätze haben.

Wieland B. Huttner: Und das war eine Methodik, die die Marta Florio entwickelt hat. Dann haben wir diese Zellen isoliert und ziemlich reingekriegt und haben dann gefragt: Welche Gene sind dort aktiv? Und insbesondere, also in diesen Stamm- und Vorläuferzellen. Und ich werde den Tag nie vergessen, das war, ich glaube, im Sommer 2014, als wir das Transkriptom kriegten.

Bart Geurten: Dazu müssen wir schnell etwas erklären. Zellen stellen laufend Proteine her, die sie zu ihrer Funktion brauchen. Und dafür werden zunächst die Sequenzen auf der DNA abgelesen und in RNA umgeschrieben, und diesen Prozess nennt man Transkription. Das Transkriptom sind alle diese RNA-Moleküle, die im Grunde als Rezepte für die Herstellung von Proteinen dienen. Es enthält also die Informationen, welche Gene gerade in der Zelle aktiv sind. Sie verglichen zunächst Transkriptome von Mäusen und Menschen. So wussten sie, welche Gene speziell nur im Menschen vorkamen. Außerdem waren in den Daten nicht nur die Transkriptome der Vorläuferzellen, sondern auch die von Nervenzellen. Insgesamt waren sogar 10-mal so viele Neurone in der Probe.

Wieland B. Huttner: Ich sag ja, Marta, jetzt lass uns doch mal das durchlaufen, wir müssen die Nervenzellen abziehen quasi von dem Transkriptom. Und das haben wir gemacht. Ich werde es nie vergessen, es blieb ein Gen übrig, als wir das machten. Das hatte diesen Faktor 10, der Verunreinigung durch Neuronen überlebte sozusagen. Und das war das ARGHAP11B. Ich sage: Marta, ist dir klar, was du da entdeckt hast?

Dennis Eckmeier: Nur ein einziges Gen blieb übrig. Das musste das Gen sein, auf das es ankommt. Das haben sie dann auch gleich getestet.

Wieland B. Huttner: Dann haben wir also gepowert ohne Ende, haben dieses Gen in den Maus Neocortex reingebracht durch Elektroporation.

Bart Geurten: Jetzt müssen wir noch einmal schnell etwas erklären: Elektroporation ist ein Vorgang bei dem man eine kleine Spannung für kurze Zeit an eine Zelle anlegt – hier eine Vorläuferzelle – und sich dadurch kleine Poren in der Zellmembran öffnen.

Die Forschenden haben zusätzlich das Gen in Lösung in die Nähe der Zellen gebracht. Wenn sich die Poren öffnen, kann die DNA also in die Zelle eindringen.

In den Zellen wird dann anhand dieser DNA das entsprechende Protein hergestellt.

Wieland B. Huttner: Der Hammer war: Wir brachten dieses Gen rein und es entstanden mehr basale Vorläuferzellen. Das sind die, die das Gehirn groß machen.

Dennis Eckmeier: Perfekt! Und: Dabei bleibt es nicht.

Wieland B. Huttner: Das war Ende 2014, dass wir das Paper einreichten bei Science. Wo es eine ganz hervorragende Editorin gibt, nämlich die Pamela Hines. Die sofort die Bedeutung erkannte und allerdings eine Revision wollte. Und im Zuge dieser Revision, das werde ich auch nie vergessen, ich glaube, das war der 2. Januar 2015, ich bin auf dem Nachhauseweg, da ruft mich die Marta Florio auf dem Handy an und sagt: Wieland, ich glaube, ich sehe Faltung.

Bart Geurten: Wir kennen Faltung unter anderem von Menschengehirnen. Sie entsteht, wenn das Gehirn eine besonders große Oberfläche hat. Das Gehirn von Mäusen ist normalerweise völlig glatt.

Wieland B. Huttner: Ich sage: Was? Ja, sagte sie, ich glaube, ich sehe Faltung. Ich bin mit dem Fahrrad sofort umgedreht und zurückgefahren und habe mich mit Marta ans Mikroskop gesetzt. Und tatsächlich, in der Hälfte dieser Mausembryonen war der Neocortex gefaltet.

Dennis Eckmeier: Das war eine Sensation. Aber auch das Gen selbst und wie es funktioniert ist völlig irre.

Wieland B. Huttner: Und dann kam eben die nächste Überraschung. Weil es gibt dieses Gen ARGHAP11B, wie es Evan Eichler gezeigt hat, das Ergebnis einer partiellen Duplikation, eines ubiquitären Gens. Das heißt ARGHAP11A. Und hat so das vordere Viertel dupliziert. Aber das Eiweiß, was ARGHAP11B kodiert, unterscheidet sich dramatisch von der Eiweißstruktur von ARGHAP11A, weil es in ARGHAP11B, das glaubt man nicht, eine Punktmutation gibt. Da ist eine Base, wird aus einem C ein G.

Dennis Eckmeier: Nochmal: Wir haben das Gen ARHGAP11*A*, das kommt überall vor, auch bei der Maus.

Beim Menschen hat sich ein Teil der Gensequenz von ARHGAP11A verdoppelt. Die Kopie besteht nur aus dem ersten Viertel von ARHGAP11A – das ist das ARHGAP11B. Und in der Sequenz von diesem ARHGAP11B gibt es nun noch eine winzig-kleine Veränderung; ein einziger Buchstabe ist anders.

Und das hat schwere Konsequenzen. Denn dadurch werden bei der Transkription – wir erinnern uns: das ist das Umschreiben der Information von DNA in RNA – 55 Buchstaben übersprungen. Deswegen sieht das RNA-Molekül von ARHGAP11B ganz anders aus, als das von ARHGAP11a, und entsprechend hat das ARHGAP11B-*Protein* völlig andere Eigenschaften als das ursprüngliche Protein ARHGAP11A. Während das ARHGAP11a im Zellkern bleibt, wandert ARHGAP11B auf einmal in die Mitochondrien.

Wieland B. Huttner: Das war auch so ein Aha-Erlebnis, als ein ebenfalls fantastischer Postdoc aus Japan, Takashi Namba, mir die Bilder zeigte. Und ich sagte: Takashi, das sind Würmer, die du da siehst. Und Würmer sind Mitochondrien. Das ist in Mitochondrien. Er sagt: Glaube ich nicht. Sage ich: Doch, das ist in Mitochondrien. Dann haben wir Doppelfärbung gemacht, war natürlich in Mitochondrien.

Bart Geurten: Und dort hat es plötzlich eine ganz andere Funktion.

Wieland B. Huttner: Es fördert einen Stoffwechselweg, das ist die sogenannte Glutaminolyse. Diese Glutaminolyse, dieser Stoffwechselweg, ist charakteristisch für Krebszellen, für sich schnell teilende Zellen. Das heißt, die Bottom Line ist: Das ARGHAP11B, aufgrund einer Punktmutation, geht in Mitochondrien und hat dort eine bestimmte enzymatische Aktivität, die zu einem krebsähnlichen Stoffwechsel führt. Also unser Gehirn ist deshalb groß, weil es während der Fötalentwicklung für eine begrenzte Zeit, solange nämlich ARGHAP11B aktiv ist, einen krebsartigen Stoffwechsel hat, dass sich die Zellen wie irre teilen. Das ist die Story.

Dennis Eckmeier: Absolut verrückt! Das ist so unwahrscheinlich, dass so etwas passiert. Und es scheint wirklich eine große Rolle in der Evolution gespielt zu haben. Zumindest in den Nachkommen von Homo erectus, von denen wir wissen, dass sie auch mit uns nahe verwandt sind.

Wieland B. Huttner: Dieses Gen mit dieser Punktmutation, wo das G da ist statt das C, kommt auch im Neandertaler und dem Denisova-Menschen vor. Und vom Denisova-Menschen kennt man die Hirngröße nicht, aber vom Neandertaler kennt man sie. Und diese Gehirne waren mindestens so groß wie unsere.

Bart Geurten: Okay! Das sind jetzt also viele Hinweise. Aber bisher wissen wir nur, dass das Gen die Gehirne von Mäusen vergrößert. Ist das auch im Primaten so?

Wieland B. Huttner: Natürlich wollten wir jetzt zeigen, dass dieses Gen auch tatsächlich Hirne größer machen kann. Deshalb haben wir transgene Weißbüschelaffen gemacht, die dieses Gen während der Fötalentwicklung exprimieren. Wir haben also das menschliche ARGHAP11B-Gen genommen mit seinem eigenen Promoter, der in diesen Weißbüschelaffen, Marmosets heißen die, arbeitet. Und das hat dieser fantastische Postdoc Michael Heide gemacht. Der ist nach Japan gefahren, weil dort die Technologie, transgene Marmoset Affen zu machen, etabliert war von Hideyuki Okano und Erika Sasaki, mit denen wir zusammengearbeitet haben. Wir haben allerdings darauf bestanden, aus ethischen Gründen, dass diese Affen nicht geboren werden. Wir haben gesagt: Wir wollen „nur“, in Anführungsstrichen, die Föten angucken. Weil wenn das Gen das macht, was wir glauben, dann muss das im Fötalstadium eintreten. Und tatsächlich wurden die Gehirne dieser Affen größer, fingen an zu falten im Fötalstadium, hatten mehr von den relevanten Vorläuferzellen, hatten mehr von den relevanten Neuronen, den sogenannten Upper-layer Neurons. Ich muss mal ganz kurz dieses Rollo zumachen, weil zu viel Sonne reinkommt. Und das war dieses Science Paper aus dem Jahre 2020. Sodass wir also wussten, dass dieses Gen tatsächlich das Gehirn von Primaten vergrößern kann. Und ich denke, wir haben damit eins der Hauptgene, vielleicht das wichtigste Gen, beschrieben, entdeckt, wie Sie wollen, wir haben das Gen ja nicht entdeckt, entdeckt hat es Evan Eichler, aber wir haben die Funktion herausgefunden, dass es verantwortlich ist für unsere Hirngröße. Und vermutlich auch die des Neandertalers.

Dennis Eckmeier: Und jetzt bleibt noch die Frage: …

19:15 Ist ein großes Gehirn auch schlauer?

Wieland B. Huttner: Sind Tiere mit größeren Gehirnen auch schlauer? Und deshalb haben wir dann diese Mäuse gemacht und haben gesagt: Maustechnologie können wir rauf und runter, sozusagen Genetik, das haben wir drauf.

Dennis Eckmeier: Damit meint Herr Huttner vor allen Dingen seinen talentierten Mitarbeiter Lei Xing, der bei dieser Studie federführend war.

Wieland B. Huttner: Und haben gesagt: Die Maus hat ARGHAP11A, jetzt ändern wir eins dieser Allele, das hat ja zwei Gene, von Vater und Mutter, und wir ändern eins dieser 11A-Gene zu 11B. Was wir mit dieser Crisper Cas9 Methodik, für die Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna den Nobelpreis bekommen haben, gemacht haben. Der Phänotyp ist, dass im Embryonalstadium dieser Mäuse das Gehirn, der Neocortex, größer ist. Das wussten wir schon von den Überexpressionen in Maus und Frettchen. Aber das Interessante ist, weil das jetzt eine stabile Linie ist, bleibt diese Hirnvergrößerung auch bis ins Erwachsenenalter. Und deshalb konnten wir Tests machen mit diesen Mäusen, die wir zusammen mit unseren Kollegen in Prag gemacht haben vom Zentrum für Phänogenomik, da gibt es einen fantastischen Forscher, Radek Sedláček, ein guter Bekannter und Freund. Und die sind absolute Profis im Untersuchen von Phänotypen von Mäusen. Also wirklich fantastisch, was die alles machen können. Und die haben diese Mäuse in ein Testsystem gesetzt, das bezeichnenderweise IntelliCage heißt. Ich mach‘s kurz, da kann man herausfinden, dass diese Mäuse tatsächlich bessere Kognitionen haben. Man tut die Wasserflaschen in verschiedene Positionen und wechselt das immer hin, und dann muss man fragen, merken die Mäuse das? Das ist jetzt nicht eine Frage des Kurzzeitgedächtnisses, wo der Hippocampus wichtig ist, sondern das ist jene Gedächtnisfunktion, die im Neocortex liegt. Und das Phänomenale ist, dass diese Mäuse einfach auf Deutsch gesagt schlauer sind. Damit haben wir eben gezeigt, dass dieses Gen nicht nur Hirne größer machen kann, sondern dass, wenn es das tut, auch die kognitiven Eigenschaften besser werden.

Bart Geurten: Genauer gesagt: Die Mäuse mit den veränderten Genen konnten sich etwas schneller auf Veränderungen in einem Gedächtnistest einstellen.

23:58 Ethik von Tierversuchen and Affen

Dennis Eckmeier: Jetzt, wo er das alles herausgefunden hat, ist eigentlich der logische weitere Schritt, diese gleichen Verhaltenstests auch an den Affen zu machen, oder?

Wieland B. Huttner: Die Vergrößerung des Gehirns kann auch negative Auswirkungen haben. Und ich wollte unbedingt verhindern, dass wir hier transgene Affen machen, die dann leiden möglicherweise oder unvorhergesehene Verhaltensweisen aufweisen. Michael Heide und mich interessierten, kann dieses Gen das Gehirn groß machen? Sie wurden so, die Schwangerschaft ist ungefähr 145, 150 Tage, und wir haben sie bei Tag 102 mit Kaiserschnitt geholt und dann eben die Gehirne untersucht. Das halte ich immer noch für vertretbar. In Japan wurden diese Versuche gemacht und die Analyse der Gehirne war dann bei uns, die kamen dann mit unendlich viel Papierkram, weil es ja Primaten sind, nach Dresden, da haben wir sie untersucht. Ich halte diese Versuche für ethisch akzeptabel, aber ich bin nicht sicher, ob ich das auf die Welt kommen für ethisch akzeptabel halte. Zumindest möchte ich es nicht machen, weil wir auch gar nicht die Qualifikationen haben, solche Tiere zu untersuchen.

Bart Geurten: Aber es war auch nicht allein seine Entscheidung. Auch Ethikkommissionen in Deutschland und Japan, wo ja die Versuche mit den Affen gemacht wurden, sind bei all diesen Studien involviert.

Wieland B. Huttner: Bei Versuchen in Japan gab es Ethikkommissionsbeschlüsse der Japaner, die die gleichen ethischen Standards haben wie wir. Sehr, sehr strikt, also Sie glauben nicht, was, sie haben gesagt: Wir können euch diese Gehirne nicht schicken, auch nicht unter der Hand nach Deutschland für die Analyse. Das ist absolut verboten. Wir müssen durch diese drei Monate dauernden Papierkrieg gehen, bis wir diese Gehirne, von denen wir Fotos hatten und wussten, dass sie größer sind, bis wir sie endlich im fixierten Zustand bekamen, um sie zu schneiden und zu untersuchen. Aber wir haben uns da absolut an diese international gültigen Regeln gehalten und das halte ich auch für richtig.

Dennis Eckmeier: Hätten sie weitere Forscher ins Boot geholt, die für Verhaltensforschung an den Tieren spezialisiert sind, hätten die Ethikkommissionen vielleicht das Okay gegeben, die transgenen Affen aufzuziehen und zu testen. Aber auch dann wäre das für Wieland B. Huttner ein Schritt zu weit.

Wieland B. Huttner: Das ist vielleicht völlig unwissenschaftlich, was ich jetzt sage, aber es war mehr so ein Bauchgefühl. Ich habe gesagt: Nein, ich möchte diese Funktion der Hirngröße rausfinden, ob das stimmt. Und wenn das stimmen sollte, dann ist es gut. Dann machen wir das Kognitive eben an Mäusen. Wir haben es ja gezeigt an Mäusen. Ich bin mir absolut sicher, dass auch andere Tiere mit größerem Gehirn aufgrund von ARGHAP11B-Funktionen dann kognitiv besser sein werden.

26:43 Wie geht es weiter?

Bart Geurten: Er ist überzeugt, dass die Grundlage für die Gehirngröße jetzt genetisch geklärt ist. Die weitere Forschung geht deshalb in eine neue Richtung.

Wieland B. Huttner: Meine Aktivitäten zurzeit gehen jetzt ein bisschen mehr in die Richtung Unterschied moderner Mensch, Neandertaler. Also was mich fasziniert hat, ist, dass der Neandertaler ein genauso großes Gehirn hatte wie wir. Aber ich persönlich glaube nicht, dass sie zum Mond geflogen wären, auch wenn sie noch leben würden. Und mein Freund und Svante Pääbo, der in Leipzig, der das Neandertaler-Genom gemacht hat, ist, glaube ich, auch meiner Meinung. Und zusammen mit Svante machen wir sehr interessante Versuche, wie sich der Neocortex in Neandertalern und modernen Menschen vielleicht doch nicht ganz gleich entwickelt haben könnte, trotz gleicher Größe.

Dennis Eckmeier: Ich wollte dann noch wissen, welche Bedeutung hat seine Forschung seiner Meinung nach für die Grundlagen des Menschseins?

Wieland B. Huttner: Ich denke, Hirngröße ist eine für unsere kognitiven Leistungen. Das sieht man an den leider Gottes existierenden Patienten mit Mikrozephalie, also aufgrund von Genmutationen weniger Vorläuferzellen haben und weniger Neurone produzieren, ein kleineres Gehirn haben, zum Teil so groß wie ein Schimpanse. Und die sind mental retardiert. Das heißt, es macht den Punkt, dass Hirngröße eine Ursache, eine Grundlage für kognitive Fähigkeiten ist. Auf der anderen Seite sind diese Menschen, obwohl sie ein Gehirn nur von der Größe eines Schimpansen haben, viel, viel schlauer als Schimpansen. Was den anderen Punkt macht, dass eben Hirngröße nicht alleine für kognitive Fähigkeiten verantwortlich ist, sondern die Art und Weise, wie die Nervenzellen bei uns vernetzt sind und so weiter. Das geht dann ein bisschen in diese Richtung mit dem Neandertaler, modernen Menschen Unterschiede, über die wir jetzt arbeiten und die ich gerne noch abschließen möchte. Insofern sagen uns diese Befunde, über die ich heute berichtet habe im Wesentlichen zu ARGHAP11B, dass wir eine Grundlage für unser Menschsein erklärt haben, aber auch nur eine, nicht die einzige.

Bart Geurten: Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler waren an der Arbeit beteiligt. Wie geht es bei denen weiter?

Wieland B. Huttner: Meine Gruppe wird immer kleiner, weil ich, wie gesagt, 71 bin und irgendwann auch mal mit der Forschung aufhören werde, also in naher Zukunft. Insofern ist mein Bestreben zurzeit, dass meine Mitarbeiter sehr gute Jobs kriegen. Und ich habe ein bisschen helfen können, dass der Michael Heide jetzt Gruppenleiter im Primatenzentrum in Göttingen wird. Takashi Namba ist schon Gruppenleiter in Helsinki. Nereo Kalebic, der die Frettchen-Sachen gemacht hat, ist schon in Mailand am Human Technopole Gruppenleiter. Und die Anneline Pinson, diese fantastische Mitarbeiterin aus Belgien, sucht einen Job in, hat sich beworben für eine Stelle in Belgien, und wird im September, Oktober das auch hören. Und Lei Xing, der ursprünglich aus China kommt, aber in Kanada seinen PhD gemacht hat, möchte wieder zurück nach Kanada auf ein Assistant Professor und bewirbt sich jetzt und hat auch natürlich dort meine maximale Unterstützung. Es kann also sehr gut sein, dass im Laufe, ich sag mal, des nächsten Jahres oder der nächsten zwei Jahre meine Gruppe nur noch aus mir besteht. Ich mache jetzt das mit 71, was ich immer machen wollte, also sozusagen am Ende der wissenschaftlichen Tätigkeit bin ich endlich da, wo ich sein wollte. Es ist häufig umgekehrt, dass man irgendwann in den 30er, 40er Jahren das Wichtigste in seinem Leben macht und dann, ich sag mal salopp, plätschert die Forschung so vor sich hin. Ich habe halt wahrscheinlich das Glück, muss man sagen, dass ich sozusagen das Wichtigste, was ich aus meiner Sicht in meinem Leben wissenschaftlich gemacht habe, mache ich jetzt. Das ist eigentlich eine sehr schöne Art, aufzuhören.

30:52 Nachbesprechung

Dennis Eckmeier: Ja, ich muss schon sagen, also diese Aktion, wenn der jetzt wirklich Affen großziehen würde mit dieser Genveränderung, das ist schon ziemlich „Planet der Affen“, oder? Das ist eigentlich die Story von „Planet der Affen“.

Bart Geurten: Na ja, das bedeutet noch nicht, dass es ein menschenähnlicher Affe ist. Das zeigt er ganz am Ende damit, dass es nicht einfach nur die Anzahl der Neuronen ist, die dazu führt, dass ein Säugetier ein menschenähnliches Säugetier wird oder selbstreflektierende, starke kognitive Fähigkeiten erlangt. Was ich besonders interessant eigentlich im Gespräch mit Wieland B. Huttner fand, ist, dass es noch mal deutlich gezeigt hat, dass diese ethische Überlegung gar nicht den Wissenschaftlern von außen aufgezwungen wird. So wird das nämlich häufig in den Medien dargestellt oder in trivialen Geschichten, dass ein Wissenschaftler einfach alles machen würde, um seine Themen voranzubringen, und alle Ethik über Bord wirft. Sondern in dem Fall ist es auch wirklich Wielands eigener Wille gewesen zu sagen: Ich möchte das nicht. Es reicht mir, diese Untersuchung mit Mäusen vorzunehmen, weil ich damit schon zeigen kann, was ich zeigen möchte. Natürlich wäre wahrscheinlich der Einschlag seiner Forschung noch größer gewesen, wenn er das an Affen gemacht hätte, weil das noch besser, ich sag mal, medial vermarktbar gewesen wäre. Das hat mir sehr gut gefallen, weil es eine sehr persönliche Verantwortung gegenüber dem eigenen Wissenschaftsthema zeigt.

Dennis Eckmeier: Ja, auf jeden Fall. Ich meine, das ist auch, ich lande natürlich immer wieder bei Science-Fiction, aber da kommt das auch her. Zum Beispiel bei „The Island of Dr. Moreau“ ist das so. Der ist also total begeistert von seinem Hybridwesen und hört nicht auf, ständig neue zu machen und behandelt die ganz furchtbar. Und das ist einfach nur furchtbar.

Bart Geurten: Was ich auch an Wieland B. Huttner wirklich beeindruckend fand, war, mit wie viel Mühe und auch Detailwissen er immer wieder die Arbeiten seiner Kollegen vorgestellt hat. Er wusste ganz genau, wer welche Entdeckung gemacht hat, wer an welchem Paper beteiligt war, und hat, finde ich, ganz hervorragend all seine Kollegen erwähnt und all seine Mitarbeiter erwähnt.

Dennis Eckmeier: Ja. Das finde ich auch immer superwichtig, dass die Leute das machen. Ich glaube, das macht auch eine Führungsperson mit Erfahrung aus, dass die anders auch denken, so, wer hat was gemacht, und das dann auch hervorheben. Das ist sehr wichtig.

Bart Geurten: Und vielleicht abschließend, war ich auch sehr beeindruckt darüber, dass er an der Uni Heidelberg dieses Department System eingeführt hat und dann tatsächlich dafür gesorgt hatte, dass die jungen Forscher unter ihm nicht nur mit ihm publizieren konnten, sondern eigene Forschung durchführen können. Also alles in allem eine echt großartige Karriere.

Dennis Eckmeier: Ja, fand ich auch. Ich fand das total super. Ich habe die ganze Zeit nur gedacht so: Geil! Das hätte ich auch gerngehabt als junger Wissenschaftler. Absolut!

33:59 Danksagung und Abschied

Herzlich bedanken möchten wir uns bei Prof. Dr. Wieland Huttner, Direktor emeritus des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden, für das tolle Gespräch.

Bart Geurten: Die Arbeit, die diese Folge angestoßen hat, wurde durchgeführt von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und im Czech Centre for Phenogenomics Institute of Molecular Genetics of the Czech Academy of Sciences in der Tschechischen Republik.

Dennis Eckmeier: Gefördert wurde Wieland Huttners Arbeit durch die Max-Planck-Gesellschaft, die DFG, den Europäischen Wissenschaftsrat – oder European Research Council – und ERA-NET NEURON.

Die Quellen für diese Folge findest Du wie immer in den Show Notes und das Transkript findest Du auf unserer Webseite, oder auf YouTube als Untertitel.

Bart Geurten:

Human adaptation and evolution by segmental duplication

Wenn Du noch mehr so Stories aus der Wissenschaft hören – oder lesen – willst, dann solltest Du den Podcast abonnieren und all Deinen Freunden und Bekannten von uns erzählen!

Dennis Eckmeier:

Human adaptation and evolution by segmental duplication

Vielen Dank fürs Zuhören, und einen schönen Tag noch,

tschö!

Bart Geurten: Ciao!