Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum das Herz links schlägt

07.04.2009
Bei allen Wirbeltieren - und damit auch beim Menschen - schlägt das Herz im Normalfall auf der linken Körperseite. Warum das so ist, wird noch nicht bis ins letzte Detail verstanden. Würzburger Entwicklungsbiologen sind der Lösung dieses Rätsels jetzt einen entscheidenden Schritt näher gekommen.

Wenn aus einer befruchteten Eizelle während der Embryonalentwicklung ein lebensfähiger Organismus heranwachsen soll, müssen die Zellen unter anderem wissen, wo links und wo rechts ist, damit die Organe am Ende in der richtigen Form am richtigen Ort landen.

So entwickelt sich beispielsweise bei allen Wirbeltieren das Herz aus einem zunächst schlauchförmigen Gebilde, das bereits kurz nach seiner Entstehung eine Krümmung zur rechten Körperseite aufweist. Diese erste Asymmetrie hat zur Folge, dass am Ende - nach einer ganzen Reihe weiterer Drehungen - die Herzspitze zur linken Körperseite weist.

Wie der Körper rechts von links unterscheidet

Wie schafft es der Organismus, rechts von links zu unterscheiden? Und welche Prozesse sind dafür verantwortlich, dass beispielsweise das Herz im Normalfall links schlägt? Dieser Frage sind der Würzburger Entwicklungsbiologe Professor Thomas Brand und sein Mitarbeiter Dr. Jan Schlüter nachgegangen. Über ihr Ergebnis berichtet die aktuelle Online-Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS. Die beiden Forscher konnten an Hühnerembryonen einen Signalweg charakterisieren, der an der asymmetrischen Entwicklung des Herzens beteiligt ist.

"Bislang lautete die vorherrschende Meinung, dass ein bestimmter Signalweg für die linksseitige Entwicklung der Organe verantwortlich ist, der auf der rechten Seite gehemmt werden muss, damit sich eine Asymmetrie ausbilden kann", sagt Thomas Brand. Wie die beiden Entwicklungsbiologen nun zeigen, trifft diese Vorstellung nicht zu: "Wir konnten am Hühnerembryo nachweisen, dass es auch auf der rechten Seite einen eigenständigen Signalweg gibt", so Brand.

Asymmetrie ist die Regel, nicht die Ausnahme

Asymmetrie im Körper: Ist das nicht die Ausnahme von der Regel, die gerade mal Herz, Leber und Milz betrifft, während der überwiegende Teil quasi spiegelbildlich aufgebaut ist? "Überhaupt nicht", sagt Brand. Im Prinzip sei der ganze Körper asymmetrisch aufgebaut; damit er dennoch so symmetrisch aussehe, müssten während der Embryonalentwicklung etliche Signalkaskaden aktiv werden.

Mechanismen, die an der Recht-Links-Ausprägung beteiligt sind, haben Brand und Schlüter während ihrer Arbeit intensiv untersucht. Einer davon ist die asymmetrische Produktion von Ionenpumpen. "Dadurch kommt es zu einer ungleichen Verteilung von elektrischer Ladung auf der rechten und linken Körperseite, die den Zellen anscheinend die Richtung vorgibt", erklärt Brand. Eine Blockade dieser Ionenpumpen hatte bei den Experimenten der Entwicklungsbiologen eine zufällige Verteilung der Zellen im Herzen zur Folge, die Vorstufen der Herzkranzgefäße sind: Manchmal saßen sie, wie es normal ist, auf der rechten Seite; manchmal landeten sie links. In anderen Fällen siedelten sie sich auf beiden Seiten an; bisweilen fehlten sie völlig.

Tote Zellen geben die Richtung vor

"Dieser Effekt spielt also ebenfalls eine wichtige Rolle für die Seitenorientierung der Organe", sagt Thomas Brand. Als alleinige Erklärung für das "linksgelagerte Herz" reiche er jedoch nicht aus. Gleiches gelte für einen zweiten Mechanismus: den programmierten Zelltod. "In diesem Fall sorgt der Organismus dafür, dass entlang der Mittellinie des Embryos Zellen absterben, und dadurch die Grenze zwischen der linken und rechten Körperseite markiert wird", erklärt Brand. Verhinderten die Wissenschaftler diesen Zelltod, siedelten sich die Zellen ebenfalls dem Zufallsprinzip gehorchend im Herzen an.

FGF8: So lautet der Name des Signalfaktors, der nach den Erkenntnissen von Brand und Schlüter für die rechtsseitige Entwicklung des Hühnerherzens verantwortlich ist. Ihre Schlussfolgerung lautet deshalb: "Die Modelle für die Rechts-Links- Entwicklung müssen erweitert werden." Die Tatsache, dass auch andere Wirbeltiere, wie zum Beispiel der südafrikanische Krallenfrosch oder das Flussneunauge, auf vergleichbare Weise Herzen bilden, spräche dafür, dass dieser Aspekt der Recht-Links-Asymmetrie stammesgeschichtlich sehr alt ist.

Weitere Forschung notwendig

Ob er auch für Säugetiere und damit für den Menschen eine Bedeutung hat, ist unklar. Immerhin: "Mutationen für FGF8 rufen in Mäusen Herzmissbildungen hervor. Möglicherweise hat dieser Signalweg also sogar eine Bedeutung für die ganz am Anfang der Entwicklung stehende rechtsgerichtete Herzkrümmung", so Thomas Brand. Schwerpunkt seiner weiteren Forschungen werde es deshalb sein, die Zielgene dieses Signalwegs zu identifizieren, um diesen Aspekt der Herzentwicklung molekular besser zu verstehen.

Jan Schlueter und Thomas Brand (2009). A right-sided pathway involving FGF8/Snai1 controls asymmetric development of the proepicardium in the chick embryo. Proc Natl Acad Sci U. S. A. Early Edition (EE) the week of April 6, 2009. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0811944106

Kontakt: Prof. Dr. Thomas Brand, Tel. (0931) 31-84259, E-Mail: thomas.brand@uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Ein Quantenlineal für Biomoleküle
22.08.2017 | Universität Wien

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: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Körperenergie als Stromquelle

22.08.2017 | Energie und Elektrotechnik

Ein Quantenlineal für Biomoleküle

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Prostatakrebs: Bluttest sagt Tumorresistenz vorher

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie