Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Asymmetrische Zellwanderung im Embryo bringt universelle Theorie zur Links-Rechts-Asymmetrie ins Wanken

14.04.2009
Biologen der Universität Hohenheim und der Harvard University entdecken neuen Mechanismus zur Rechts-Links-Asymmetrie in Huhn und Schwein.

Der Mechanismus, der unser Herz an den rechten Fleck wandern lässt, scheint komplizierter als noch vor kurzem angenommen: In der aktuellen Ausgabe von ScienceXpress veröffentlichten Entwicklungsbiologen der Universität Hohenheim gemeinsam mit Kollegen aus Harvard eine Studie, die dokumentiert wie Zellen in Hühner- und Schweine-Embryonen schon im Alter weniger Tage zielgerichtet zu wandern beginnen. Einen anderen Mechanismus, der die innere Asymmetrie von Fröschen auslöst, hatten die Forscher der Universität Hohenheim bereits vor zwei Jahren entdeckt.

Ob Frosch oder Vogel, Mensch oder Maus: rein äußerlich sehen Wirbeltiere auf der rechten Körperhälfte genauso aus wie auf der linken. Anders in ihrem Inneren: Das Herz schlägt links, der Blinddarm entzündet sich rechts, auch Lunge, Leber und Milz ordnen sich nicht in ein spiegelsymmetrisches Rechts-Links-Schema ein.

Zum Glück, denn wenn die innere Ordnung gestört ist, können zum Teil schwere Krankheiten die Folge sein: "Statistisch treten solche Fälle bei einer von 1.000 Personen auf. Die Folgen reichen von Herzfehlern bis zum Fehlen der Milz. Auch eine häufige Nierenerkrankung des Menschen, das Zystennierensyndrom, lässt sich auf Defekte in der Cilien-Funktion eines Gens zurückführen, das im frühen Embryo die Asymmetrie steuert", erklärt Prof. Dr. Martin Blum, Entwicklungsbiologe an der Universität Hohenheim (erstmals beschrieben 2002 in Current Biology, Curr. Biol. 12, 938-943).

2007 schien die Frage aufgeklärt...

Erst zwei Jahre ist es her, da glaubte seine Forschergruppe einen universellen Mechanismus für das Rechts-Links-Phänomen gefunden zu haben. Dank neuer computergestützter Analysemethoden entdeckten sie in Frosch-Embryonen ein Areal, in dem die Zellen eine Art Wimpern - sogenannte Cilien - trugen. Im Alter von wenigen Stunden begannen die Zellen die Wimpern synchron im Kreis zu schlagen.

Als Folge entstand innerhalb des Embryos ein linksgerichteter Flüssigkeitsstrom, der bestimmte Gene in den Zellen der linken Körperhälfte aktivierte. In der rechten Körperhälfte blieben die gleichen Gene inaktiv. "Ein rein mechanisches Signal, das innerhalb von drei Stunden die Rechts-Links-Ausprägung auslöst", hatte Prof. Martin Blum damals erklärt - und an ein elementares Signal geglaubt, von dem man fortan annahm, dass es bei allen Wirbeltieren identisch sei. (Current Biology, Curr. Biol. 17, 60-66.).

... doch Schwein und Huhn verweigerten sich der Theorie

Bestätigt fühlten sich die Forscher durch identische Beobachtungen, die sie und andere Wissenschaftler an Embryonen von Mäusen, Kaninchen und Fischen machten. Erst das Schwein verweigerte sich der universellen Theorie: Nach einem frühen Stadium als ovale Zellscheibe beginnt sich in der Mitte des Embryos ein Zellknäuel, der sog. Knoten, asymmetrisch zu verzwirbeln. Kurz darauf werden die ersten Rechts-Links-Unterschiede sichtbar - ohne dass Zellen mit Cilien beteiligt zu sein scheinen. Als Kooperations-Partner der Blum-Gruppe bestätigte Prof. Dr. Christoph Viebahn von der Universitätsmedizin Göttingen mit elektronenmikroskopischen Untersuchungen diesen Befund. Zeitgleich machten befreundete Forscher in Harvard die Beobachtung, dass auch dem Hühnerembryo die Cilien fehlen.

Dafür konnten die US-Kollegen um Prof. Cliff Tabin mit Färbeversuchen jetzt einen neuen Mechanismus nachweisen: Nachdem sie einzelne verstreute Zellen mit einem leuchtenden Farbstoff markiert hatten, konnten sie die Entwicklung unter dem Mikroskop direkt verfolgen und Zellwanderungen darstellen, die den Knoten in der Körpermitte erst symmetrisch aufbauten, dann aber asymmetrisch verzerrten.

Neue Suche nach universellem Mechanismus

Ein Ergebnis, das nach Ansicht der Forscher auf beiden Seiten des Atlantiks mehr neue Fragen aufwirft, als alte beantwortet: "Dass Schwein, Maus und Kaninchen als eng verwandte Säugetiere zwei völlig unabhängige Mechanismen entwickelt haben, können wir ausschließen, vor allem weil alle Tieren die gleichen Gene besitzen, die in der Folge asymmetrisch aktiviert werden", interpretiert Prof. Dr. Blum.

Stattdessen suchen die Biologen nun nach einem neuen, gemeinsamen Grundmechanismus, von dem Cilien und Zellwanderung nur unterschiedliche Varianten sind: "Die Frage ist: gibt es die Zellwanderung vielleicht auch bei den Tieren, die die Symmetrie mit Hilfe von Cilien und asymmetrischen Flüssigkeitsströmen brechen? Oder finden wir bei genauerem hinsehen im Schweine- und Hühnerembryo doch noch Zellen mit Cilien, die die Wanderungsbewegung wie kleine Antennen dirigieren?" Eine Frage, die die Entwicklungsbiologie laut Prof. Dr. Blum in den kommenden Jahren beschäftigen dürfte.

Biologische Signale: Ein Forschungsschwerpunkt der Universität Hohenheim

An der Universität Hohenheim hat die Erforschung der Biologischen Signale einen besonderen Stellenwert und ist einer von vier Forschungsschwerpunkten. In den Lebenswissenschaften gehört die Erforschung von biologischen Signalen derzeit zu den attraktivsten und innovativsten Forschungsfeldern. Im Fokus stehen fundamentale Lebensprozesse: von den elementaren Vorgängen in der Zelle und den komplexen Regelprozessen über multizelluläre Lebewesen bis hin zur Kommunikation von Organismen in und mit ihrer Umwelt. Das Grundlagenthema hat einen Anwendungsbezug, der aktuelle biomedizinische Probleme; ökologisch relevante Fragestellungen sowie neue Verfahrens- und Produktionstechnologien einschließt. Weitere Forschungsschwerpunkte der Universität Hohenheim sind die Agrar- und Ernährungsforschung im Rahmen der Food-Chain, Beiträge der Landwirtschaft zur Energie- und Rohstoffversorgung und der Forschungsschwerpunkt Innovation und Dienstleistung.

Florian Klebs | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de/
http://www.sciencemag.org/sciencexpress/recent.dtl

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften