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 Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics