Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ist der Bauplan unseres Körpers bereits vor der Befruchtung festgelegt?

16.07.2004


Dreifache Immunfluoreszenzfärbung der Maus-Zygote in der Phase vor der ersten Furchung. Väterliche und mütterliche Chromosomenaggregate (blau) sind von scheinbar ungleichmäßigen Klumpen von Zytotubuli (grün) umgeben. Aktin ist in rot dargestellt. Bild: Max-Planck-Institut für Immunbiologie


Schematisches Modell, wie sich die erste Furchungsebene im Maus-Embryo herausbildet. Der männliche und der weibliche Vorkern sind in blau bzw. in rot, der zweite Polkörper orange und die erste Furchungsebene grün dargestellt. Bild: Max-Planck-Institut für Immunbiologie


Wissenschaftler des Freiburger Max-Planck-Instituts für Immunbiologie berichten, dass die spätere Form des Embryos in Eizellen von Säugetieren noch nicht festgelegt ist


Mit Ausnahme der Säugetiere sind bei den meisten Tieren die Körperachsen, wie Vorder- und Rückseite, Kopf und Schwanz, rechts und links, bereits in der Eizelle festgelegt. Neuere Untersuchungen hatten allerdings Hinweise geliefert, dass gewisse morphologische Eigenschaften der Säugetier-Eizelle die zukünftige embryonale Achse vorgeben könnten. Eine am Max-Planck-Institut für Immunbiologie in Freiburg bei Mäusen durchgeführte detaillierte Studie mit Hilfe von Zeitrafferaufnahmen (Time-Lapse-Imaging) hat jetzt jedoch gezeigt, dass sich die Ebene der ersten Zellteilung unabhängig von morphologischen Strukturen in der Eizelle entwickelt. Sie wird vielmehr durch die zufällige Topologie der beiden Vorkerne von Ei- und Samenzelle (Pronuklei) bestimmt. Säugetiereizellen besitzen also anscheinend keine Marker, die die Form des späteren Embryos beeinflussen - eine wichtige Erkenntnis angesichts von über einer Million Babys, die bis heute durch künstliche Befruchtung gezeugt wurden (Nature, 15. Juli 2004).

Besitzt die anscheinend homogene Eizelle von Säugetieren irgend etwas, das es ermöglichen würde, die dreidimensionale Anlage des späteren Embryos vorauszusagen, wie es bei den meisten anderen Spezies möglich ist? Die Herausbildung der Polarität im Präimplantationsembryo von Säugetieren ist seit langem eine unter Wissenschaftlern umstrittene Frage. Doch gerade die Prädetermination in der menschlichen Eizelle ist von zentraler Bedeutung, wenn man die jüngsten Fortschritte in der Reproduktionsmedizin betrachtet: Weltweit sind bisher mehr als eine Million ART (Assisted Reproductive Technology)-Säuglinge entstanden, wobei eine zunehmende Anzahl durch direkte Injektion der Spermien in eine zumeist zufällig gewählte Stelle innerhalb des menschlichen Oozyten mittels ICSI (intracytoplasmic sperm injection) erzeugt wird.


Entwicklungsbiologen nahmen bisher an, dass Säugetiere die einzigen Lebewesen sind, bei denen vorgebildete Orientierungssignale in der befruchteten Eizelle fehlen. Neuere Studien hatten jedoch gezeigt, dass die embryonische-abembryonische (Em-Ab) Achse der Mausblastozyste senkrecht zur ersten Furchungsebene entsteht. Der zweite Polkörper (2pb), das Überbleibsel der zweiten meiotischen Teilung in dem Oozyten, wurde als ein stationärer Marker des animalen Pols (A-Pol) der Eizelle verwendet und angenommen, dass die erste Furchungsebene stets meridional (nord-südlich) zu und übereinstimmend mit der angenommenen animal-vegetalen (A-V) Achse der Eizelle erfolgt. Deshalb meinte man, dass die Polarität des Mäuse-Embryos bereits in der Eizelle festgelegt wird, also wie bei den meisten anderen Spezies.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie in Freiburg haben nun die Entwicklung zahlreicher Mäuse-Embryonen von der Eizelle bis zum Zweizellen-Stadium unter einem eigens dazu entwickelten Aufnahmeverfahren gewissermaßen im "Zeitraffer" verfolgt. Dabei stellten sie überraschend fest, dass bei etwa der Hälfte der Embryonen die erste Furchung getrennt von der A-V-Achse der Eizelle stattfindet und dass sich der zweite Polkörper der Teilungsfurche vor und nach der Teilung annähert. Dies deutet darauf hin, dass der zweite Polkörper - im Gegensatz zu bisherigen Annahmen - keinen stationären "Nordpol" (A-Pol) für den Embryo markiert, und dass deshalb - mangels einer stabilen morphologischen Bezugspunktes, der die A-V-Achse definieren könnte - die These einer vordeterminierten A-V-Achse in der Eizelle von Säugetieren verworfen werden muss.

Doch was bestimmt dann die erste Teilungsebene in der Säugetiereizelle? Handelt es sich um einen vollkommen zufälligen Vorgang? Die Freiburger Wissenschaftler beobachteten, dass sich bei der Maus einige Stunden nach der Befruchtung zwei Vorkerne (Pronuklei) mit jeweils den weiblichen Chromosomen bzw. den männlichen Chromosomen in der Peripherie der Eizelle bilden. Während der folgenden 20 Stunden bewegen sich diese Vorkerne auf das Zentrum der Eizelle zu und stehen sich schließlich gegenüber, ohne zu fusionieren. Anschließend findet die Mitose, also die eigentliche Kernteilung, statt. Deren detaillierte Analyse zeigte nun, dass die erste Furchungsebene immer mit der Ebene, welche die beiden gegenüberliegenden Vorkerne trennt, im Zentrum der Eizelle zusammentrifft (vgl. Abb. 2).

Die Immunfluoreszenzfärbung für das Zytoskelett deutet darauf hin, dass die mikrotubulären Netzwerke bei der Entwicklung dieses Vorgangs eine wichtige Rolle spielen: Hierbei muss die Zelle zwei elterliche Chromosomensätze in ihr Zentrum bringen, bevor sie diese gleichmäßig in zwei Tochterzellen teilt. Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass die erste Furchungsebene nicht in der frühen Interphase bestimmt, sondern vielmehr durch die neu gebildete Topologie der beiden Vorkerne festgesetzt wird.

Für ihre Untersuchungen hatten die Forscher eine spezielle Aufnahmetechnik (Time-Lapse-Imaging) entwickelt, mit der die Entwicklung in der Eizelle dynamisch verfolgt werden kann. Dadurch wurde offensichtlich, dass die Eizelle der Maus keine prädeterminierte Polarität besitzt. Weiterhin noch unbeantwortet bleibt die Frage, wann und wie sich dann die Polarität im Säugetier-Embryo entwickelt. Diese Fragestellung wollen die Forscher als nächstes untersuchen.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Takashi Hiiragi, M.D., Ph.D.
Max-Planck-Institut für Immunbiologie, Freiburg
Tel.: 0761 5108-568, Fax: -569
E-Mail: hiiragi@immunbio.mpg.de

Prof. Davor Solter
Max-Planck-Institut für Immunbiologie, Freiburg
Tel.: 0761 5108-566, Fax: -569
E-Mail: solter@immunbio.mpg.de

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.immunbio.mpg.de

Weitere Berichte zu: Befruchtung Eizelle Embryo Polarität Säugetier

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 >>>
Latest News

Quantum thermometer or optical refrigerator?

23.06.2017 | Physics and Astronomy

A 100-year-old physics problem has been solved at EPFL

23.06.2017 | Physics and Astronomy

Equipping form with function

23.06.2017 | Information Technology