Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Keine Blutgefäße ohne Cloche

15.07.2016

Nach 20 Jahren des Suchens entdecken Forscher das geheimnisvolle Gen, das die Entstehung von Gefäßen und Blutzellen im Embryo kontrolliert

Dass Wissenschaft spannend sein kann, zeigt die jahrzehntelange Jagd von Forschern auf der ganzen Welt nach einem Gen, das die Entstehung von Blut und Gefäßen im Embryo entscheidend steuert. Vor mehr als 20 Jahren isolierte Didier Stainier vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim eine Zebrafisch-Mutante namens Cloche, in deren Embryonen sich weder Blutgefäße noch Blutzellen entwickelten, ein bis heute einzigartiges Phänomen.


Während nach rund 16 Stunden im Kontrollembryo erstmals Blutgefäßzellen (blau, Pfeile) nachgewiesen werden können, entstehen in der Cloche-Mutante weder Gefäß- noch Blutzellen (Pfeile).

MPI f. Herz- und Lungenforschung

Jetzt hat seine Arbeitsgruppe jenes Gen gefunden, das dafür verantwortlich ist. Es hatte sich am äußersten Ende des Chromosoms 13 gewissermaßen versteckt und war erst durch den Einsatz neuester molekularbiologischer Methoden aufzuspüren. Die Entschlüsselung des Gens dürfte nicht nur von wissenschaftlichem Interesse sein, sondern könnte auch für die regenerative Stammzellmedizin wichtig werden.

Bereits in einer sehr frühen Phase der Embryonalentwicklung bilden sich Blutgefäße und Blutzellen aus gemeinsamen Vorläuferzellen. Wann und wie sich Blut und Gefäße bilden, regulieren mehrere Gene in Form eines genetischen Programms. Dieses ist kaskadenartig aktiv.

Bereits Mitte der neunziger Jahre während seiner Zeit in den USA entdeckte Didier Stainier, Direktor der Abteilung Genetik der Entwicklung am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim, beim Modellorganismus Zebrabärbling (Danio rerio) eine Mutante, „die einen der spannendsten Entwicklungsdefekte aufweist, die je im Zebrafisch gefunden wurden“, so Sven Reischauer, zusammen mit Oliver Stone und Alethia Villasenor Hauptautor der Studie. Eine genetische Veränderung in diesem Fisch führte dazu, dass sich in den Embryonen keines der am Programm für Blut- und Gefäßzellen beteiligten Gene einschaltet. Entsprechend können diese Zelltypen nicht entstehen. Stainier gab der Mutante nach dem glockenförmig deformierten Aussehen des Herzens, einer weiteren Eigenheit der Mutante, den Namen „Cloche“.

In den letzten beiden Jahrzehnten beteiligten sich verschiedene Labore weltweit an einer regelrechten Jagd nach dem Gen, das sich hinter der Mutante verbirgt. „Cloche zu identifizieren war für uns alle wie das Aufklären eines jahrzehntealten Kriminalfalls der Genetik. Allerdings war in diesem Fall nicht der Täter unbekannt, sondern das Opfer, das defekte Gen“, so Reischauer. Diese Jagd beendeten die Bad Nauheimer Max-Planck-Forscher nun zusammen mit internationalen Kooperationspartnern erfolgreich.

„Extrem erschwert wurde die Suche nach dem Cloche-Gen dadurch, dass es sich am äußersten Ende von Chromosom 13 versteckte, in den sogenannten Telomeren“, so Reischauer. Nur mit den erst seit kurzem zur Verfügung stehenden Methoden, beispielsweise CRISPR/Cas9 und TALEN, konnten die Forscher diese Abschnitte auf den Chromosomen überhaupt analysieren. „Außerdem mussten wir davon ausgehen, dass das Gen nur vor dem Zeitpunkt aktiv ist, an dem das fehlende Gefäßwachstum erkennbar wird. Dadurch war es wesentlich schwerer, die Embryonen zu identifizieren“, erläutert Reischauer.

Im ersten Schritt untersuchten die Bad Nauheimer Forscher zunächst den gesamten Abschnitt des Erbguts, in dem sie Cloche vermuteten. Die Analyse der Daten von 26.000 Genen ergab rund 17 Gene, die als Kandidaten in Frage kamen. Anschließend schalteten sie alle diese Kandidatengene gezielt einzeln ab und untersuchten das Blutgefäßwachstum in den Embryonen. „Nur in einem einzigen Fall fanden wir das erwartete Bild, nämlich dass das Gefäßwachstum ausblieb. Da konnten wir uns sicher sein, das Cloche-Gen gefunden zu haben“, sagt Reischauer.

Welche Bedeutung Cloche für die Entwicklung von Gefäßen und Blutzellen im Embryo besitzt, zeigten die Max-Planck-Wissenschaftler in weiteren Experimenten: So stellte sich heraus, dass alle bisher bekannten, an der Gefäßentstehung beteiligten Gene zeitlich erst nach Cloche aktiv werden. Cloche selbst steuert demnach die Aktivität des gesamten Programms.

Dies bestätigte sich in einem sogenannten Überexpressions-Experiment, bei dem die Forscher reine Cloche-mRNA in Embryonen injizierten. Dadurch konnten sie das Programm für die Gefäß- und Blutentstehung zu einem Zeitpunkt des Embryonalwachstums starten, an dem es normalerweise inaktiv ist. „Wir waren deshalb sicher, dass wir das Gen gefunden haben, das für die Kontrolle des Entwicklungsprogramms verantwortlich ist“, sagt Stainier.

Cloche scheint sich im Laufe der Evolution kaum verändert zu haben: Bis hin zu Vögeln ist das Gen vorhanden. Bei Säugern gibt es ein eng verwandtes Gen, das im Zebrafisch-Modell die Funktion von Cloche übernehmen kann. Deswegen vermuten die Bad Nauheimer Wissenschaftler, „dass sich mit der Identifizierung des Gens und seiner Funktion große Chancen ergeben, neue Anwendungen im Rahmen der personalisierten Stammzelltherapie entwickeln zu können“, so Stainier.

Originalpublikation:
Sven Reischauer, Oliver Stone, Alethia Villasenor, Neil Chi, Suk-Won Jin, Marcel Martin, Miler T. Lee, Nana Fukuda, Michele Marass, Alec Witty, Ian Fiddes, Taiyi Kuo, Won-Suk Chung, Sherveen Salek, Robert Lerrigo, Jessica Alsiö, Shujun Luo, Dominika Tworus, Sruthy M. Augustine, Sophie Mucenieks, Björn Nystedt, Antonio J. Giraldez, Gary P. Schroth, Olov Andersson, Didier Y. R. Stainier: Cloche is a bHLH-PAS transcription factor thatdrives hemato-vascular specification. Nature doi:10.1038/nature18614

Ansprechpartner:
Dr. Didier Stainier
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1301
E-Mail: didier.stainier@mpi-bn.mpg.de

Dr. Matthias Heil
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1705
E-Mail: matthias.heil@mpi-bn.mpg.de

Dr Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau