Fliege liefert Erkenntnisse für regenerative Medizin

Wissenschaftler der Gruppe von Professor Renato Paro (Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg) zeigen in „Nature“, dass auch bei Regenerationsprozessen die Polycomb-Gene eine wichtige Rolle spielen

Im Laufe der Entwicklung eines Menschen werden Zellen unterschiedlichster Natur gebildet, wie zum Beispiel Leberzellen, Neuronen oder Hautzellen. Eine Leberzelle besitzt zwar die gleiche Erbsubstanz wie eine Hautzelle, jedoch unterscheiden sich die Zellen in der Art, wie die genetische Information gelesen wird. In den verschiedenen Zelltypen werden unterschiedliche Proteine produziert, die den Zellen ihre spezifische Funktion verleihen. Solche spezialisierten Zellen haben ein „Gedächtnis“, welches das individuelle Programm einer Zelle abspeichert und nach Teilung an die Tochterzellen weiter gibt. Damit wird sichergestellt, dass Zellen ihre „Identität“ beibehalten. Eine Leberzelle bleibt Leberzelle, eine Hautzelle bleibt Hautzelle.

Wissenschaftler am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH) haben untersucht, wie Zellen ihre Identität ändern können. Im Fokus ihrer Arbeit sind die Gene der so genannten Polycomb-Gruppe, die für die Aufrechterhaltung des Zellgedächtnisses verantwortlich sind. Bei Mutationen in diesen Genen kommt es zum Verlust des Zellgedächtnisses, und das korrekte Funktionsprogramm kann nicht mehr abgerufen werden. Die Zellen verlieren ihre Identität und entarten im schlimmsten Fall zu Krebszellen.

Die Wissenschaftler in der Forschergruppe von Professor Renato Paro zeigen nun in einer Publikation in der Zeitschrift „Nature“, dass auch bei Regenerationsprozessen die Polycomb-Gene eine wichtige Rolle spielen. In der Entwicklung der Fruchtfliege Drosophila melanogaster werden aus den so genannten Imaginalscheiben die äußeren Strukturen wie die Beine oder die Flügel gebildet. Wenn einer Imaginalscheibe ein Stück abgetrennt wird, kommt es zur Regeneration des fehlenden Teils. Dabei werden Signalmoleküle, die bei der Wundheilung entstehen, aktiviert, die wiederum die Gene der Polycomb-Gruppe beeinflussen.

Den am Ort der Gewebeerneuerung gebildeten Zellen werden dadurch neue Identitäten zugewiesen, damit später die richtigen Strukturen ausgebildet werden können. In seltenen Fällen wird dieser Regenerationsprozess nicht vollständig korrekt ausgeführt, und an Stelle von Beinstrukturen ist dann Flügelgewebe zu finden. Diese falsche Umorientierung der Zellidentität wird als Transdetermination bezeichnet.

Der von den Wissenschaftlern am ZMBH entdeckte Zusammenhang zwischen einem aus der Wundheilung bekannten Prozess und dem Mechanismus des Zellgedächtnisses ist eine wichtige Erkenntnis für das Gebiet der regenerativen Medizin. Vor allem die Stammzellforschung versucht Zellen so zu modifizieren, dass sie ihre ursprüngliche Identität aufgeben und das Programm eines anderen Zelltyps abspielen. Damit könnten geschädigte Organe mit neuen funktionsfähigen Zellen regeneriert werden. Die Untersuchungen im Modellorganismus Drosophila geben Aufschluss, wie in der Natur selbst die Identität von Zellen durch Signalmoleküle verändert und dadurch eine Regeneration von verlorenem Gewebe ermöglicht wird.

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Originaltext:
Nara Lee, Cedric Maurange, Leonie Ringrose & Renato Paro: „Suppression of Polycomb group proteins by JNKsignalling induces transdetermination in Drosophila imaginal discs“, Nature, 10. November 2005

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