Forschungsprofessor
Labor für Computational Neurobiology
Im Gehirn herrscht ein Gleichgewicht zwischen aktivierenden und hemmenden Neuronen, ähnlich dem Gleichgewicht zwischen Beschleunigen und Bremsen eines Autos. Die Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichts (Homöostase genannt) in den Schaltkreisen des Gehirns ist für kognitive Prozesse von entscheidender Bedeutung, während eine Störung dieses Gleichgewichts zu Störungen wie Schizophrenie und Autismus führen kann. Obwohl die Symptome dieser Krankheiten zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Leben der Menschen auftreten, können sie auf eine ähnliche Ursache zurückzuführen sein: eine abnormale Gehirnentwicklung in kritischen Phasen des frühen Lebens.
Margarita Behrens untersucht Gene, Umwelteinflüsse und das Zusammenspiel beider, um herauszufinden, warum manche Menschen eine neurologische Entwicklungsstörung entwickeln und andere nicht. Mit ihrem fundierten Hintergrund in Genomik, Neurobiologie und Physiologie konzentriert sich Behrens auf die Bildung und Störung neuronaler Schaltkreise im präfrontalen Kortex, einem Bereich des Gehirns, der für Entscheidungsfindung und Argumentation verantwortlich ist, von der Spätschwangerschaft bis zum Jugendalter.
Ihr Team nutzt verschiedene Methoden, um die Regeln zu verstehen, die die Reifung des Gehirns während der Perinatalperiode steuern, wenn neuronale Schaltkreise aufgebaut werden. Sie messen die elektrische Aktivität neuronaler Schaltkreise; Bilden Sie die Bildung neuronaler Synapsen; und untersuchen Sie die Reifung von Subtypen von Neuronen, indem Sie eine Schicht chemischer Markierungen auf der DNA betrachten, die als Epigenom bezeichnet wird. Diese Markierungen – Methylgruppen (CH3) – binden an die DNA, um Gene ein- und auszuschalten, und es wird zunehmend angenommen, dass sie eine wichtige Rolle bei Gesundheit und Krankheit spielen. Als Teil eines großen Konsortiums identifiziert das Behrens-Team neue Subtypen von Neuronen anhand ihrer DNA-Methylierungsmuster (epigenetische Marker) mithilfe einer Methode, die als Methylierungsprofilierung bekannt ist. Die Darstellung der verschiedenen Subtypen von Neuronen im Gehirn sowie die gezielte Untersuchung von Variationen im Epigenom und Veränderungen, die während der neuronalen Reifung auftreten, könnten zu einem besseren Verständnis der Gehirnschaltkreise und verbesserten Interventionen bei einer Vielzahl von neuropsychiatrischen und neurologischen Entwicklungsstörungen wie der bipolaren Störung führen , Depression, Schizophrenie und Autismus.
Interneurone, die Signale zwischen Neuronen übertragen, regulieren das erregende und hemmende Gleichgewicht im präfrontalen Kortex. Behrens fand heraus, dass sich die Interneurone ohne den entscheidenden Rezeptor mGluR5 abnormal entwickelten, die Hemmkreise nicht ausreichend regulieren konnten und zu Verhaltensdefiziten führten, die den neurologischen Entwicklungsstörungen des Menschen ähneln.
Während sie normale Muster der DNA-Methylierung im Gehirn identifizierte, erstellte ihr Labor die ersten Karten des gesamten Genoms, die den präfrontalen Kortex von Mäusen und Menschen über die gesamte Lebensspanne hinweg verglichen. Diese Werkzeuge helfen Neurowissenschaftlern auf der ganzen Welt, diesen Bereich des Gehirns besser zu untersuchen.
Verschiedene Neuronen weisen unterschiedliche Methylierungsmuster (Methylome) auf. Bei der Profilierung der Methylome stellten Behrens und Kollegen fest, dass Neuronen im menschlichen Frontalkortex 21 Subtypen bildeten, darunter einige Subtypen, die zuvor nicht identifiziert wurden. Ihre Gruppe untersucht nun, wie diese zelltypspezifischen Methylommuster während der Gehirnreifung entstehen und wie die mütterliche Umgebung sie beeinflusst.
BS, Biochemie, Universität Chile
MS, Biochemie, Universität Chile
PhD, Biochemie und Molekularbiologie, Universität Autonoma, Spanien
Postdoktorandenstipendium, Washington University School of Medicine