Ann Rose Bright und Inbal Shainer gewinnen den Young Scientist Award

Was bestimmt die Form und Funktion einer Nervenzelle und wie schnell sie heranreift? Für die beiden diesjährigen Gewinnerinnen des Young Scientist Awards liegt ein Teil der Antwort nicht nur in den aktivierten Genen einer Zelle, sondern auch darin, wo und wann sie entsteht.

Auf den Punkt gebracht:

• Zwei junge Wissenschaftlerinnen ausgezeichnet: Ann Rose Bright und Inbal Shainer erhalten den diesjährigen Young Scientist Award, mit dem herausragende veröffentlichte Studien von Nachwuchsforschenden des Instituts gewürdigt werden.
• Spät gebildete Neuronen holen auf: Ann Rose Bright und ihre Kollegen*innen fanden heraus, dass hemmende Nervenzellen, die erst spät in der Entwicklung entstehen, schneller reifen als früh gebildete. Dies wird zum Teil durch den Transkriptionsfaktor NFIB reguliert.
• Der Ort ist entscheidend, nicht nur die Gene: Inbal Shainer und ihre Kollegen*innen zeigten, dass sich zwei Nervenzellen mit fast identischer Genaktivität dennoch in Form und Funktion unterscheiden können – je nachdem, wo sich die Zelle im Gehirn befindet.

Nervenzellen leiten Signale im Gehirn und Körper weiter und bilden die Grundlage für alles – von Bewegung und Wahrnehmung bis hin zu Denken und Gedächtnis. Es gibt sie in einer außergewöhnlichen Vielfalt, doch alle entstehen aus sogenannten Vorläuferzellen. Da jede Zelle im Wesentlichen dieselbe DNA enthält, hängt das Schicksal und die Reifungsgeschwindigkeit einer Nervenzelle stark davon ab, welche ihrer Gene aktiviert sind. Dies kann aber auch durch eine Reihe anderer Faktoren beeinflusst werden, zum Beispiel wo sich die Zelle im Gehirn befindet und zu welchem Zeitpunkt in der Entwicklung sie entsteht.

Der diesjährige Young Scientist Award ehrt zwei Nachwuchswissenschaftlerinnen, deren Forschung am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz (MPI-BI) diese weiterreichenden Einflüsse untersucht hat. Der mit 1.000 € dotierte Preis würdigt herausragende veröffentlichte Studien am Institut und feiert die entscheidende Rolle von jungen Forschenden für den wissenschaftlichen Fortschritt. Der Preis wird von der Elisabeth- und Helmut-Uhl-Stiftung gestiftet.

Wie spät geborene Neuronen aufholen

Die Nervenzellen des Gehirns entstehen nicht alle auf einmal: Einige tauchen früh in der Entwicklung auf, andere viel später und haben demnach weniger Zeit, um heranzureifen. Ann Rose Bright und ihr Team in der Gruppe von Christian Mayer untersuchten, wie sich diese „Spätankömmlinge“ dennoch einfügen können, ohne die komplexen Netzwerke des Gehirns aus dem Gleichgewicht zu bringen. Ihre Arbeit konzentrierte sich auf inhibitorische Nervenzellen, welche die Aktivität anderer Zellen hemmen und formen.

Die Studie, die im Juli 2025 in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, charakterisierte einzelne Zellen bei Mäusen in aufeinanderfolgenden Reifungsstadien mithilfe von Techniken, die diese auf mehreren molekularen Ebenen analysierten. Die Forschenden fanden heraus, dass der Zeitpunkt der Entstehung nicht beeinflusst, welche Arten von inhibitorischen Neuronen gebildet werden, sondern wie schnell sie reifen: Die später entstandenen entwickeln sich viel schneller als die früh gebildeten.

„Wir haben uns gefragt: Welche Rolle spielt die Zeit bei dem ganzen Prozess?“, erklärt Ann Rose Bright. „Wir haben festgestellt, dass später gebildete Nervenzellen ihren Rückstand aufholen, indem sie schneller reifen. Die Zellen, die am Ende der Neurogenese entstehen, beschleunigen ihren gesamten Entwicklungsprozess, um rechtzeitig bereit zu sein.“

Ohne diesen Aufholprozess, so vermutet das Team, könnten früher gebildete Nervenzellen am Ende weitaus mehr Verbindungen haben als später gebildete, was das Netzwerk aus dem Gleichgewicht bringen würde. Das Team führte das schnellere Entwicklungstempo auf einen Transkriptionsfaktor namens NFIB zurück. Dies ist ein Protein, das die Aktivität von Genen steuert und spät gebildeten Zellen hilft, wichtige DNA-Abschnitte zum richtigen Zeitpunkt abzulesen.

„Was mich erstaunt hat ist, wie präzise und synchronisiert dieser Prozess abläuft“, sagt Ann Rose Bright. „Viele der Systeme, welche die Entwicklung steuern, sind auch bei neurologischen Entwicklungsstörungen betroffen. Wenn wir also verstehen, wie sie im gesunden Zustand funktionieren, können wir vielleicht mit der Zeit Krankheiten besser verstehen. Diese Auszeichnung ist eine großartige Anerkennung für die Bemühungen unseres wunderbaren Teams und motiviert mich sehr, spannende neue Fragen zu erforschen, die sich in diesem Bereich zukünftig ergeben.“

Wo ein Neuron sitzt, bestimmt, was es ist

Um das Gehirn vollständig zu verstehen, ist es wichtig, seine Zelltypen zu kennen. Wissenschaftler*innen klassifizieren diese größtenteils anhand der Gene, die in ihnen aktiv sind. Doch im Sehsystem des Zebrafisches ist das noch nicht die ganze Geschichte. Zwei Nervenzellen können fast dieselben Gene aktivieren und sich dennoch unterschiedlich entwickeln: Inbal Shainer und das Team haben gezeigt, dass neben der Genaktivität auch die Position einer Nervenzelle im Gehirn deren Form und Funktion prägen kann.

Die im Februar 2025 in Nature veröffentlichte Studie befasste sich mit dem Tectum opticum, dem Haupt-Sehzentrum im Gehirn des Zebrafisches. Das Team gruppierte die Nervenzellen des Tectums anhand ihrer Genaktivität in verschiedene Typen und nutzten dann Calcium-Imaging, um die molekulare Identität jeder Zelle mit ihrem Verhalten und ihrer Lage in Verbindung zu bringen.

„Selbst bei Nervenzellen, die Gene fast identisch exprimieren, haben wir eine echte Vielfalt an Formen und Funktionen festgestellt“, sagt Inbal Shainer, die die Arbeit als Postdoktorandin in der Abteilung von Herwig Baier durchgeführt hat. „Abgesehen von der Genetik spielt vor allem die Lage der Zelle im Gewebe eine Rolle. Die Position wiederum hängt eng damit zusammen, wann die Nervenzelle während der Entwicklung entsteht. Die Definition von Zelltypen sowohl anhand ihrer Position als auch ihrer Gene eröffnet neue Denkansätze für das gesamte Nervensystem. Zusammen können diese Informationen weitaus besser vorhersagen, welche Rolle eine Zelle spielt.“

Inbal Shainer ist mittlerweile Assistenzprofessorin am Technion – Israel Institute of Technology in Haifa und erforscht, wie das Gehirn visuelle Informationen in Verhaltensentscheidungen umsetzt. „Ich liebe den Zebrafisch als Modellsystem, da man das Gehirn unter dem Mikroskop buchstäblich in Aktion sehen kann“, sagt sie. „Das MPI-BI verfügt über eine unglaubliche wissenschaftliche Infrastruktur und großartige Menschen, mit denen man zusammenarbeiten, Fragen stellen, Probleme lösen und die Dinge wirklich vorantreiben kann – mein Postdoc hat mir die beste Ausbildung geboten, die ich mir hätte wünschen können. Die Auszeichnung ist eine großartige Anerkennung, und es ist ein unglaublich schönes Gefühl, sie zu erhalten.“