Finken bieten Forschern ein neues Werkzeug zur Untersuchung des Huntington-Syndroms: Wie Menschen lernen Singvögel ihre Lautäußerungen, was darauf hindeutet, dass sie als Modelle für bestimmte Störungen nützlich sein könnten | 2020

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Anonim

Jüngste Arbeiten an der Rockefeller University könnten Forschern ein neues Instrument bieten, um diese Stimm- und Sprachstörungen, insbesondere bei der Huntington-Krankheit, besser zu untersuchen.

"Es gibt kein gutes Tiermodell für irgendeine Art von Sprachstörung", sagt der Studienautor Wan-chun Liu, ein leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Tierverhalten von Fernando Nottebohn. "Ratten und Mäuse, die häufigsten Labortiere, können uns nicht viel über Sprachstörungen erzählen, da ihre Lautäußerungen angeboren und nicht erlernt sind. Das macht Singvögel so besonders." Die Forschung wird in einem Artikel beschrieben, der am 5. Oktober in Nature Neuroscience .

Wie Menschen können Singvögel und einige andere Vogelarten Vokalisationen lernen. Liu verwendete einen solchen Singvogel, die Zebrafinken, kleine Vögel mit roten Schnäbeln, die in Zoohandlungen häufig vorkommen, für die Grundlage seiner Forschungen zur Neurodegeneration.

Lius Experimente begannen damit, Finken mit einer singulären genetischen Mutation zu züchten - der Einführung von mHTT, dem mutierten menschlichen Gen, das für die Huntington-Krankheit verantwortlich ist. Huntington ist eine Erbkrankheit, die zum fortschreitenden Abbau von Nervenzellen im Gehirn führt. Sie führt dazu, dass Menschen die Kontrolle über ihre Sprache und Bewegung verlieren und sich kognitiv verschlechtern. Da Huntington durch ein einziges Gen bestimmt wird, konnte Liu seine Auswirkungen auf die Vögel leicht isolieren.

Lius Team führte das mHTT-Gen in die Eier ein und suchte die Küken nach der Mutation ab, sobald sie geschlüpft waren. Die Vögel, die es hatten, wurden dann verwendet, um aufeinanderfolgende Generationen zu züchten, bei denen die genetische Mutation natürlich auftrat. Auf diese Weise konnten die Forscher sicherstellen, dass jeder Vogel die Krankheit so entwickelte, wie sie sich beim Menschen manifestieren würde.

Als sie wuchsen, zeigten die transgenen Finken alle Verhaltensstörungen, die mit Huntington assoziiert waren, wie zum Beispiel Zittern, das manchmal bei Patienten auftrat. Die meisten mutierten Männer, das singende Geschlecht, hatten Probleme, ihre Lieder in jungen Jahren zu lernen, und produzierten, sobald sie erwachsen waren, abweichende Lieder. Liu wählte sorgfältig die Vögel aus, die am stärksten stimmbehindert wirkten. "Zum Beispiel stotterten einige der Vögel", sagt Liu. "Wenn das normale Lied 'ABCDE' wäre, könnten diese mutierten Vögel nur 'AAAA' singen."

Mit einer speziellen Computersoftware konnte Liu subtile Veränderungen im Lied dieser Finken überwachen, während sich ihre Muskulatur verschlechterte, und detaillierte Aufzeichnungen darüber liefern, wie die Stimmmuster beeinflusst wurden. Diese Art der fortschreitenden Sprachstörung ist sowohl beim Menschen als auch bei Singvögeln mit einer Funktionsstörung des Gehirnkreislaufs der kortikal-basalen Ganglien verbunden, sodass Liu auf der Grundlage dieser Studie Annahmen treffen könnte, wie sich der Gehirnkreislauf des Menschen verändert. Seine Ergebnisse sind die bislang klarsten Erkenntnisse darüber, wie diese Art der Neurodegeneration abläuft.

Sein Projekt baut auf einer Geschichte des Studiums des Song-Lernens bei Rockefeller auf. Während mehr als zwei Jahrzehnten bei Rockefeller untersuchte Peter Marler, ein führender Anbieter auf diesem Gebiet, das Zusammenspiel zwischen dem angeborenen Programm für Gesang bei Jungvögeln und dem Einfluss sozialer Faktoren, um Parallelen zur Sprachgewinnung bei menschlichen Babys aufzudecken. Währenddessen untersuchte Nottebohm die neuronalen Schaltkreise, die für das Lernen von Liedern verantwortlich sind, einschließlich der kortikal-basalen Ganglienwege.

In den letzten Jahren haben die Ähnlichkeiten von Singvögeln mit dem menschlichen Gesangslernen das Interesse der Forscher geweckt, sie als funktionelles Tiermodell zur Untersuchung der neurologischen Grundlagen der Huntington-Krankheit zu verwenden.

Laut Liu ist es schwierig, den potenziellen Wert eines solchen Tools zu überschätzen, wenn versucht werden soll, diese Störung besser zu verstehen, zu verhindern und zu behandeln. Zum ersten Mal werden Wissenschaftler in der Lage sein, therapeutische Behandlungen auf Stimmdegeneration zu testen. "Wenn wir ein Medikament entwickeln, können wir es in eine bestimmte Gehirnregion injizieren und dann von Moment zu Moment verfolgen, wie es die Verschlechterung der Stimmfähigkeit bei Singvögeln beeinflusst", sagt Liu. "Unsere Arbeit ist nicht nur für Huntington relevant. Mit der Entwicklung der ersten Singvogel-Modelle für die Stimmdegeneration haben wir einen aus meiner Sicht Wendepunkt für alle Arten von Krankheiten erreicht, die die Sprache betreffen, wie Alzheimer, Parkinson und Autismus."