Uraltes Virus kann Gehirnunterschiede zwischen Mensch und Schimpanse erklären

Genetisches Erbe einer Urzeit-Infektion: Im Erbgut von Schimpansen liegt ein Virusrest, der ein bei Menschen aktives Gen der frühen Hirnentwicklung ausschaltet. Laborversuche zeigen, dass die Entfernung dieses DNA-Stücks das Gen wieder aktiviert. Der Befund liefert einen möglichen Beitrag zur Erklärung, warum sich die Gehirne beider Arten unterschiedlich entwickelten.

Lund (Schweden). Menschen und Schimpansen besitzen einen Großteil derselben Gene. Trotzdem ist das menschliche Gehirn etwa dreimal so groß, und auch die Verschaltung seiner Nervenzellen unterscheidet sich. Wie diese Unterschiede entstanden, lässt sich daher nicht allein durch Veränderungen der Baupläne für Proteine erklären.

Ein Teil der Antwort könnte in der Regulation der Gene liegen. Dabei bestimmen chemische Markierungen und andere Steuermechanismen, welche Erbgutabschnitte in einer Zelle abgelesen werden. Auch Virus-DNA, die nach Infektionen unserer Vorfahren im Genom zurückblieb, kann solche Schalter beeinflussen.

Forscher der Lund University (LU) um Prof. Johan Jakobsson haben nun einen solchen Mechanismus genauer untersucht. Im Mittelpunkt stand PTERV1, ein uraltes Retrovirus, dessen Erbgut in der Entwicklungslinie der Schimpansen vervielfältigt wurde. Bei Menschen fehlen diese Einfügungen. Das Team wollte wissen, ob sie die Aktivität von Genen während der frühen Gehirnentwicklung verändern.

„Das von uns untersuchte Virus betraf speziell Schimpansen. Doch Menschen und Schimpansen besitzen weitgehend dieselbe genetische Ausstattung. Deshalb ist es wichtig, Unterschiede in der Genregulation zu verstehen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Gen, LINC00662, eine bedeutende Rolle in der frühen Gehirnentwicklung des Menschen spielt“, erklärt Prof. Johan Jakobsson.

158 virale Spuren im Erbgut

Dazu haben die Wissenschaftler zunächst das Genom von Schimpansen auf PTERV1 untersucht. Sie identifizierten 158 Einfügungen des Virus, die fast alle durch DNA-Methylierung chemisch markiert sind. Solche Markierungen unterdrücken normalerweise die Aktivität der viralen DNA, können sich aber auch auf benachbarte Abschnitte ausbreiten.

Um die Folgen zu untersuchen, züchtete das Team aus Stammzellen von jeweils zwei Menschen und zwei Schimpansen dreidimensionale Hirnorganoide. Diese vereinfachten Gewebemodelle bilden bestimmte Merkmale der frühen Hirnentwicklung nach. Nach 15 Tagen ähnelten sich die Organoide beider Arten in Größe und Zellzusammensetzung weitgehend, doch ihre Genaktivität war nicht in allen Bereichen gleich.

Ein Virusrest legt ein Gen still

Besonders auffällig war das Gen LINC00662 auf Chromosom 19. Es liefert keinen Bauplan für ein Protein, sondern ein langes RNA-Molekül, das an der Steuerung zellulärer Abläufe beteiligt ist. In den menschlichen Hirnorganoiden war LINC00662 stark aktiv, bei Schimpansen hingegen praktisch nicht. In deren Gen sitzt eine knapp 7.000 DNA-Bausteine lange PTERV1-Sequenz.

„Das Gen wurde in den menschlichen Organoiden stark abgelesen, in denen der Schimpansen dagegen überhaupt nicht“, erklärt Patricia Gerdes von der Lund University.

Die Analysen zeigten zudem, dass die chemische Stilllegung der Virus-DNA bis in den Startbereich von LINC00662 reicht. Um den Zusammenhang zu prüfen, entfernte das Team die virale Sequenz gezielt mit der Genschere CRISPR-Cas9 aus Schimpansen-Stammzellen. Danach ließ sich LINC00662 in diesen Zellen wieder ablesen.

„Dies zeigt, dass tatsächlich die virale Einfügung dafür verantwortlich ist, dass das Gen bei Schimpansen abgeschaltet wird“, erklärt Patricia Gerdes.

Folgen für die Entwicklung der Nervenzellen

Doch welche Aufgabe hat LINC00662 im menschlichen Gehirn? Um dies herauszufinden, blockierten die Forscher das Gen in menschlichen Hirnorganoiden. Daraufhin veränderten sich Prozesse, die für die Reifung von Nervenzellen und das Wachstum ihrer Fortsätze wichtig sind. Die Experimente deuten darauf hin, dass die RNA bei der Ausbildung neuronaler Verbindungen mitwirkt.

Die fragliche Viruseinfügung ist nicht nur bei Schimpansen, sondern auch bei Bonobos vorhanden. Bei Menschen und Orang-Utans fehlt sie. Aus dem Vergleich der Genome schließen die Autoren, dass das Virusstück vor etwa 1,5 bis fünf Millionen Jahren in diese Genregion gelangte, nachdem sich die menschliche Entwicklungslinie bereits von der der Schimpansen getrennt hatte.

Noch keine Erklärung für das größere Menschenhirn

Die Ergebnisse zeigen einen konkreten Weg, auf dem ein uralter Virusrest die Genregulation einer Primatenart verändert hat. Sie belegen jedoch nicht, dass LINC00662 den Größenunterschied zwischen menschlichen und Schimpansengehirnen verursacht. Auch die Folgen der Stilllegung für die Gehirnentwicklung lebender Tiere sind bisher nicht direkt untersucht worden.

Denn Hirnorganoide bilden nur ausgewählte frühe Entwicklungsschritte nach, und die Versuche beruhten auf wenigen Zelllinien. Zudem dürften zahlreiche weitere genetische Veränderungen und Umwelteinflüsse zur Evolution des Gehirns beigetragen haben. Die Forscher wollen nun prüfen, ob andere alte Virusreste ähnliche Wirkungen auf Hirngene haben und ob solche DNA-Einfügungen auch für Erkrankungen relevant sein könnten.

Quellen:

Originalstudie im Fachmagazin Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aeg5791

Offizielle Studienmitteilung von Lund University (LU)

24. Oktober 2026 - Clara Lyu

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