Unser Gehirn ist unter Primaten einzigartig: Kein Affe oder Menschenaffe besitzt ein so komplexes und großes Denkorgan. Das menschliche Gehirn ist etwa dreimal so groß wie das unserer engsten Verwandten, der Schimpansen. Es hat mehr Hirnzellen in der Großhirnrinde und eine dichtere synaptische Vernetzung. Aber warum? Die proteinkodierenden Gene von Mensch und Schimpanse sind zu rund 96 Prozent identisch. Und die wenigen bekannten Abweichungen bei Genen für die Hirnentwicklung allein können die Unterschiede nicht erklären.
„Das macht es unwahrscheinlich, dass proteinkodierende Genvarianten die einzigen Ursachen für diese Unterschiede sind“, erklären Patricia Gerdes von der Universität Lund in Schweden und ihre Kollegen. Stattdessen könnten sich die Ursachen für unser komplexeres Gehirn im nichtkodierenden Bereich des Genoms verbergen. Dies sind Bereiche der DNA, die keine Bauanleitungen für Proteine enthalten, sondern deren Genaktivität regulieren können.
Virus-DNA im Erbgut
Auf der Suche nach Unterschieden zwischen Schimpanse und Mensch haben sich Gerdes und ihr Team einen bestimmten Bestandteil der nichtkodierenden DNA genauer angeschaut: ein endogenes Retrovirus (ERV). Dabei handelt es sich um virales Erbgut, das bei vergangenen Infektionen in das Genom gelangt ist und sich dort dauerhaft etabliert hat. „Bei Menschen und Schimpansen bestehen mindestens acht Prozent des Genoms aus ERVs, darunter sind sowohl vollständige Proviren als auch einzelne Fragmente“, erklären die Forschenden. Einige dieser endogenen Retroviren haben wir Menschen von unseren frühen Vorfahren geerbt, sie finden sich daher auch bei den Schimpansen.
Es gibt aber auch virale Sequenzen, die nur bei Schimpansen vorkommen, eine davon ist das endogene Retrovirus PTERV1. Dessen Gensequenzen gelangten vor rund fünf bis sieben Millionen Jahren in das Schimpansengenom – kurz vor ihrer Abspaltung von unseren Vorfahren. Im Menschen konnten sich diese Virensequenzen jedoch nicht lange halten, während sie sich bei den Schimpansen nach ihrer Abspaltung sogar noch ausbreiteten: „PTERV1 hat mindestens 150 fixierte DNA-Einschübe erzeugt und zählt damit zu den häufigsten ERV-Familien im Schimpansengenom“, erklären Gerdes und ihr Team.
Das endogene Retrovirus könnte sich schon beim gemeinsamen Vorfahren von Menschenaffen und Menschen in das Genom eingeschleust haben. In der menschlichen Stammeslinie konnte es sich aber nicht ausbreiten. — © Gerdes et al./ Science Advances, CC-by 4.0
Mini-Hirne von Affe und Mensch in der Petrischale
Könnte das Fehlen dieses endogenen Retrovirus unseren Vorfahren einen Vorteil verschafft haben? Um dies herauszufinden, untersuchten Gerdes und ihr Team, ob PTERV1 die Genaktivität bei den Schimpansen beeinflusst und wenn ja, welche Gene betroffen sind. Dafür züchteten sie im Labor Hirnorganoide aus menschlichen oder aus Schimpansen-Stammzellen und suchten nach Unterschieden bei wichtigen Genen der Hirnentwicklung.
Tatsächlich wurde das Team fündig: „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Gen namens LINC00662 eine bedeutende Rolle bei der frühen Entwicklung des menschlichen Gehirns spielt“, berichtet Seniorautor Johan Jakobsson von der Universität Lund. „Das Gen wurde in den menschlichen Organoiden stark exprimiert, in den Schimpansenorganoiden hingegen überhaupt nicht.“ Bei LINC00662 handelt es sich um eine nichtkodierende Sequenz, die mehrere für die Hirnentwicklung wichtige Gene steuert.
Endogenes Retrovirus hemmt bei Schimpansen die Hirnentwicklung
Um zu überprüfen, ob die Stilllegung von LINC00662 bei den Schimpansen mit dem endogenen Retrovirus PTERV1 zusammenhängt, entfernten die Forschenden die viralen DNA-Sequenzen mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 aus den Schimpansenzellen. Es zeigte sich: Ohne das endogene Retrovirus wurde LINC00662 auch in den Schimpansen-Hirnorganoiden aktiv. „Dies zeigt, dass tatsächlich der Einbau der viralen Sequenz dafür verantwortlich ist, dass dieses Gen bei Schimpansen abgeschaltet wird“, erklärt Gerdes.
Welche Auswirkungen dies hat, demonstrierte der umgekehrte Versuch: Als das Team das LINC00662-Gen auch in den menschlichen Hirnorganoiden ausschaltete, löste dies eine ganze Kaskade von weiteren Ausfällen aus. Als Folge entwickelten die menschlichen Hirnorganoide weniger Nervenzellen und weniger Verknüpfungen zwischen den Neuronen – die Hirnstruktur wurde gewissermaßen „äffischer“.
Viren als Helfer bei der Artbildung?
„Damit liefern unsere Ergebnisse Einblicke darin, wie Retroviren im Primatengenom die Artbildung beeinflusst haben könnten“, konstatieren Gerdes und ihre Kollegen. „Wir zeigen hier, wie ein für Schimpansen spezifisches endogenes Retrovirus zu transkriptionellen Unterschieden bei der Entwicklung des menschlichen und des Schimpansengehirns beiträgt.“ Dies stützt die Annahme, dass endogene Retroviren und andere transponierbare Elemente eine wichtige Rolle bei der Evolution des Gehirns der Hominoiden gespielt haben.
Als Nächstes wollen Gerdes und ihr Team nun untersuchen, ob auch andere virale Überreste ähnliche Auswirkungen auf die Hirnentwicklung haben und ob solche DNA-Sequenzen auch mit Erkrankungen des Gehirns in Verbindung stehen.
Quelle: Patricia Gerdes (Universität Lund, Schweden) et al., Science Advances, 2026; doi: 10.1126/sciadv.aeg5791
