Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wieso wir fünf Finger an einer Hand haben – oder eben nicht

03.04.2012
Die fünf Finger einer Hand sind ein entwicklungsbiologisches Merkmal, das die kulturelle Entwicklung des Menschen – etwa bei der Einführung des Dezimalsystems – massgeblich beeinflusst hat.
Die Forschungsgruppe von Prof. Rolf Zeller am Departement Biomedizin der Universität Basel hat nun einen molekularen Regler gefunden, der im Embryo die Bildung der fünf unterschiedlichen Finger einer Hand steuert. Störungen dieses Regelkreises können zu angeborenen Missbildungen oder Besonderheiten wie überzählige Finger und Zehen führen.

In Embryos gibt es während der Organentwicklung präzise Zeitfenster, in denen sich die Vorläuferzellen von Geweben und Organen rapide vermehren, um genug Zellen zur Organbildung zu generieren. Im Gegensatz zu Tumoren sind diese Zellteilungen jedoch strikt geregelt, sodass genügend, aber nicht zu viele Zellen zur Bildung von Organen und Geweben vorhanden sind. Dr. Javier Lopez-Rios und Kollegen aus der Forschungsgruppe von Prof. Rolf Zeller konnten nun nachweisen, dass bei der Bildung von fünf Fingern der Transkriptionsfaktor GLI3 während des rasanten Wachstums der embryonalen Extremitätenknospen die Balance zwischen Zellteilung (Proliferation) und Differenzierung steuert. Die Proliferation wird dabei von GLI3 gezielt gebremst und mit der Zelldifferenzierung zeitlich und räumlich eng verknüpft. Die Studie, die auch zeigt, wie Störungen der Zellproliferation zu angeborenen Missbildungen führen, wurde in der Zeitschrift «Developmental Cell» veröffentlicht.

Polydaktylien sind relativ häufig
In der Vergangenheit wurden vor allem molekulare Netzwerke studiert, welche die Proliferation und Musterbildung der embryonalen Vorläufer- und Stammzellen kontrollieren. Hingegen sind Prozesse weniger gut verstanden, welche die proliferative Expansion der Vorläuferzellen beenden und die Zelldifferenzierung einleiten. Es ist jedoch klar, dass im Embryo die Zeitfenster für die Proliferation von bestimmten Vorläuferzellen streng reguliert sind und dass Abweichungen davon zu angeborenen Missbildungen führen, zum Beispiel zur Bildung eines zusätzlichen Fingers – einer sogenannten Polydaktylie. Bei Menschen treten Polydaktylien mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Fall in 500–1000 Neugeborenen relativ häufig auf. Ein berühmtes Beispiel sind die polydaktilen Katzen des Schriftstellers Ernest Hemingway mit sechs Zehen.

Anomalien in Musterbildung und Koordination
In Mäuseembryonen hat das gezielte Abschalten des GLI3-Transkriptionsfaktors drastische Folgen: Statt fünf bilden sich bis zu acht Finger pro Vorderpfote. Zellers Gruppe fand nun heraus, dass GLI3 normalerweise eine Doppelfunktion hat, indem es die Zellproliferation so bremst, dass nicht zu viele Vorläuferzellen gebildet werden und gleichzeitig deren Differenzierung in die Anlagen der fünf Finger zum richtigen Zeitpunkt auslöst. Fehlt GLI3 in der Extremitätenknospe von Mäuseembryonen, werden zu viele Vorläuferzellen produziert, und ihre Differenzierung verzögert sich, sodass zusätzliche Finger angelegt werden. GLI3 koordiniert also die Proliferation und Differenzierung von Zellen sowohl zeitlich als auch räumlich.
Beim Menschen führen Mutationen im GLI3-Gen zu verschiedenen Syndromen (Missbildungen in verschiedenen Geweben) und Polydaktylien. Die Analyse von GLI3 in Mäuseembryonen zeigt nun, dass diese angeborenen Missbildungen – anders als bisher meist angenommen – nicht unbedingt eine Konsequenz von fehlerhafter Musterbildung sind, sondern auch durch Anomalien in der Koordination von Proliferation und Differenzierung entstehen. Da Mutationen im vom GLI3 gesteuerten molekularen Netzwerk bei Kindern und Erwachsenen zu bösartigen Tumoren führen können, tragen die Resultate dieser Studie auch zum Verständnis der Veränderungen bei, die zur unkontrollierten Proliferation von Tumorzellen führen.

Originalbeitrag
Lopez-Rios et al.
GLI3 Constrains Digit Number by Controlling Both Progenitor Proliferation and BMP-Dependent Exit to Chondrogenesis
Developmental Cell (2012) | doi:10.1016/j.devcel.2012.01.006

Weitere Auskünfte
Prof. Rolf Zeller, Departement Biomedizin, Universität Basel, Tel. +41 (0)61 695 30 33, E-Mail: Rolf.Zeller@unibas.ch

Christoph Dieffenbacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-5807%2812%2900040-8

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie