Hirnforschung: Gene gegen Gedächtnis

Nicht alles, was wir erleben, möchten wir im Gedächtnis behalten. Die medikamentöse Löschung traumatischer Erinnerungen wäre durchaus hilfreich - und lässt sich bereits gezielt durchführen. Doch auch die Gene haben beim Gedächtnis ein Wörtchen mitzureden.

Andreas Jahn

Künstlerische Darstellung der DNA-Methylierung im Gedächtnis — © David Sweatt, University of Alabama at Birmingham (Ausschnitt)

Im Kino ist es ganz einfach: Agent Kay setzt seine dunkle Sonnenbrille auf, zieht ein seltsames Gerät aus seiner Jackentasche, ein greller Blitz – und schon ist jegliche Erinnerung an einen Alien-Angriff aus dem Gedächtnis der Erdlinge getilgt.

Das "kleine Blitzdings", wie es Will Smith alias Agent Jay im Hollywood-Streifen "Men in Black" nennt, bleibt pure Science-Fiction. Oder doch nicht? Tatsächlich forschen Neurowissenschaftler schon lange daran, wie sich Erinnerungen gezielt wieder aus dem Gedächtnis eliminieren lassen. Für Patienten, die nach einem traumatischen Erlebnis unter einer posttraumatischen Belastungsstörung leiden, wäre die medikamentöse Löschung ihrer leidvollen Erfahrungen ein Segen.

Ratten das Fürchten beibringen

Zu der Arbeitsgruppe von Joseph LeDoux von der Universität New York, die dieses Ziel schon länger verfolgt, stieß Valérie Doyère vom französischen Forschungszentrum CNRS in Paris [1]. Hier lehrte sie Ratten das Fürchten: Die Tiere hörten zwei verschiedene Geräusche – einen reinen Kilohertzton sowie einen komplexeren Klang – und wurden gleichzeitig mit einem Elektroschock kurz malträtiert.

Die Nager verinnerlichten ihre Lektion schnell: Sobald nur einer der Töne erklang, blieben sie vor Schreck wie angewurzelt stehen. Diese typische Schreckreaktion verblasst jedoch mit der Zeit, wenn nicht die Verknüpfung zwischen dem Elektroschock und dem Ton wieder erneuert wird. Erst dieses erneute Abrufen der Erinnerung erzeugt eine dauerhafte Abspeicherung im Langzeitgedächtnis.

Gedächtnislöschung durch Methylierungsblockade | Mit Substanzen, welche die DNA-Methylierung unterdrücken, lassen sich Erinnerungen ebenfalls löschen: Courtney Miller und David Sweatt hatten Ratten mit Elekroschocks beigebracht, in einem Käfig vor Angst zu erstarren. Unmittelbar danach gaben sie den Hemmstoff für die Methylierung. 24 Stunden später erstarrten deutlich weniger Tiere in der Trainingskammer als die Kontrollnager ohne Hemmung (Test 1).
Erlernten die gehemmten Tiere danach erneut die Lektion, erinnerten sich die meisten nach einem Tag wieder an das traumatische Erlebnis (Test 2). Nach einem dritten Durchgang bestand kein Unterschied mehr zu den Kontrolltieren (Test 3).

Just in diese Rekonsolidierung – wie Neurowissenschaftler die erneute Speicherung im Langzeitgedächtnis nennen – griffen Doyère und ihre Kollegen medikamentös ein: Sie spritzten in die Amygdala der Versuchstiere die Substanz U0126, die so genannte MAP-Kinasen hemmt und bekanntermaßen die Konsolidierung von Erinnerung unterdrückt. Unmittelbar danach erlitten die Ratten wieder einen Elektroschock – diesmal jedoch nur zusammen mit einem der beiden Töne.

Drei Stunden später ließen sich die Tiere durch beide Klänge erschrecken. Jedoch nach einem Tag hatte das Geräusch, dessen Rekonsolidierung zuvor gehemmt worden war, seinen Schrecken verloren. Im Gedächtnis war lediglich der andere, nicht durch U0126 gelöschte Klang verblieben.

Griff nach den Genen

Einen Schritt weiter gingen Courtney Miller und David Sweatt von der Universität von Alabama in Birmingham [2]: Sie griffen in die Genetik des Gedächtnisses ein – genauer gesagt in die Epigenetik.

"Dies ist der erste Hinweis, dass DNA-Methylierung eine maßgebliche Rolle bei der Gedächtnisbildung spielt"
(Courtney Miller und David Sweatt)

Entwicklungsbiologen wissen schon lange, dass der Körper Gene gezielt abschalten kann, indem er Methylgruppen an die entsprechenden DNA-Abschnitte anlagert und so das Ablesen verhindert. Diese Methylierung wird bei der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben, kann aber bei Bedarf wieder aufgehoben werden. Solche epigenetischen, also "nach den Genen" auftretende Effekte sind beim Heranreifen eines Embryos unverzichtbar, wenn die richtigen Gene zur richtigen Zeit gezielt an- und abgeschaltet werden müssen. Aber was hat das mit dem Gedächtnis zu tun?

Offensichtlich mehr als bislang gedacht. Dass bei der Konsolidierung von Erinnerungen verstärkt Boten-RNA produziert wird – also Gene abgelesen werden – ist Hirnforschern nicht neu. Um epigenetische Effekte im Gehirn aufzuspüren, flößten auch Miller und Sweatt Ratten Angst ein. Diesmal war der Elektroschock nicht mit einem bestimmten Geräusch, sondern mit einem bestimmten Raum – der "Trainingskammer" – verknüpft: Sobald sich die Tiere hier wiederfanden, erstarrten sie in Erinnerung an die unangenehmen Stromstöße.

Unmittelbar nach der Konditionierung injizierten die Wissenschafter in den Hippokampus der Tiere eine Substanz, 5-Azadesoxycytidin oder Zebularin, welche die Methylierung unterbindet. Mit Erfolg: Einen Tag nach Gabe des Hemmstoffs wirkte der Trainingsraum nicht mehr als Kammer des Schreckens – die Tiere hatten ihre traumatische Erinnerung verloren.

Genetische Gedächtnisschalter

Die Forscher konnten sogar zwei Gene ausmachen, die hier beteiligt sind: Wie sich zeigte, wurde das Gen für das Enzym Phosphatase 1 methyliert, sobald die Versuchstiere ihre Lektion lernten. Phosphatase 1 – ein Gegenspieler der Kinasen, die andere Proteine durch Phosphatgruppen aktivieren – löscht bekanntermaßen überflüssige Erinnerungen. Offensichtlich verhindern die Nervenzellen des Gehirns diese Löschung, indem sie das entsprechende Gen durch Methylgruppen lahmlegen.

Umgekehrt sank während der Lernphase der Methylierungsgrad beim Gen Reelin, das bei der Verschaltung im Hippokampus beteiligt ist. Die Nervenzellen scheinen also hier die Methylierung zu stoppen, um wichtige Gedächtnispuren nicht zu verlieren.

"So weit wir wissen, ist das der erste Hinweis, dass DNA-Methylierung, die einst als statischer Prozess nach der Zelldifferenzierung galt, nicht nur im erwachsenen Nervensystem dynamisch reguliert wird, sondern auch eine maßgebliche Rolle bei der Gedächtnisbildung spielt", betonen die beiden Wissenschaftler.

Mit einem "Blitzdings" wie in "Men in Black" lassen sich Erinnerungen wohl nicht so ohne Weiteres löschen. Doch ein gezielter chemischer Eingriff scheint seine Wirkung nicht zu verfehlen.