Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Organbildung durch fließendes Gewebe

24.02.2015

Heidelberger Forscher revidieren mit einer Live-Analyse der Augenentwicklung die bisherige Lehrmeinung

Mit einer Live-Analyse der Augenentwicklung haben Wissenschaftler der Universitäten Heidelberg und Freiburg grundlegende neue Erkenntnisse zur Entstehung der Augenkrankheit Kolobom gewonnen und die bisherige Lehrmeinung zur Entwicklung des Sinnesorgans bei Wirbeltieren revidiert. Das Team um die Entwicklungs- und Zellbiologen Dr. Stephan Heermann und Prof. Dr. Jochen Wittbrodt vom Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS) konnte mithilfe von 4D-Mikroskopie am lebenden Organismus zeigen, dass bei der Augenentwicklung gerichtete Gewebeströmungen das Augenbläschen in den Augenbecher umformen. Das ist nicht nur wesentlich für das Verständnis der Entstehung eines Koloboms („Katzenaugenkrankheit“), sondern es bedeutet auch, dass sich das Auge von Wirbeltieren, zu denen auch der Mensch zählt, ganz anders entwickelt als dies seit mehr als 70 Jahren gelehrt wird. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal eLife veröffentlicht.


Die Abbildung zeigt zwei Stadien der Augenentwicklung, das Augenbläschen (oben) und den Augenbecher (unten), jeweils in Bilddaten mit markierten Stammzell

Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)

Bei ihrer Analyse der Augenentwicklung kombinierten die Wissenschaftler, zu denen auch Prof. Dr. Kerstin Krieglstein von der Abteilung Molekulare Embryologie des Instituts für Anatomie und Zellbiologie der Universität Freiburg gehörte, moderne Genetik mit zeitaufgelöster Lebendzellmikroskopie. Dadurch gelang es ihnen, die Dynamik der Organbildung zu erfassen. Sie fanden dabei drei grundlegende Dinge heraus: „Wir wissen nun, dass ein Organ sich fließend bildet und nicht durch einen schrittweisen Aufbau. Wird dieser Fluss gestoppt, kommt es zu einem Kolobom. Und wir haben die Quelle der Stammzellen im Auge gefunden, was eine wichtige Erkenntnis für die Stammzellforschung ist“, erklärt Prof. Wittbrodt.

Das Auge ist eine Ausstülpung des Gehirns und bildet sich während der Embryonalentwicklung aus einem sackartigen Bläschen, das sich rasch in einen Augenbecher umformt mit der innenliegenden Netzhaut, die außen vom Pigmentepithel umschlossen wird. Misslingt dieser Schritt, kommt es zu großen Problemen, der Augenbecher schließt sich nicht und daraus resultiert ein Kolobom, eine der häufigsten Ursachen für kindliche Blindheit.

Bisher ging man bei der Transformation zum Augenbecher von einer sogenannten ortsständigen Entwicklung aus: Die innere Seite des Bechers entwickelt sich zur Netzhaut und die äußere Seite zum Pigmentepithel. „Bei der detaillierten Untersuchung dieses Entwicklungsschritts mit Hilfe von hochauflösender Videomikroskopie an lebenden Fischen stellten wir nun fest, dass sich der Augenbecher durch einen dynamischen Fluss von Zellen der äußeren in die innere Seite bildet, also das genaue Gegenteil einer ortsständigen Entwicklung“, erklärt Dr. Heermann. Zudem fanden die Wissenschaftler den Wachstumsfaktor, der den für die Augenentwicklung wesentlichen Fluss von Gewebe steuert. Dabei muss der Signalweg dieses Wachstumsfaktors BMP moduliert werden, damit das Gewebe fließen und so das Bläschen in den Becher transformieren kann. „Ohne diese Modulation bleibt das Gewebe auf der äußeren Seite stecken und beginnt sich dort in die Netzhaut zu entwickeln“, ergänzt Stephan Heermann.

Eine weitere wichtige Erkenntnis der Studie ist die enge Kopplung von Bewegung (Morphogenese) und Differenzierung. Bisher war bereits bekannt, dass die Differenzierung von Vorläuferzellen in Nervenzellen der Netzhaut im Zentrum des inneren Augenbechers beginnt und sich dann kontinuierlich in die Peripherie fortsetzt. „Die neuen Daten eröffnen nun einen völlig neuen Blickwinkel auf dieses Ereignis“, erklärt Jochen Wittbrodt: Die Zellen, die sich zuerst differenzieren, liegen demnach schon zu Beginn der Entwicklung im inneren Bereich des Augenbechers. Zellen, die erst später differenzieren, fließen erst später in den Augenbecher hinein, wo sie erst dann dem Einfluss von Differenzierungssignalen unterliegen. In der frühen Phase sind diese Zellen daher durch ihre Position den Signalen nicht ausgesetzt. Dies betrifft insbesondere die Stammzellen des untersuchten Modellsystems Fisch.

„Mit Hilfe der 4D-Mikroskopie konnten wir diese spezielle Population von Zellen nun identifizieren und analysieren“, erläutert Jochen Wittbrodt. Es wurde klar, dass es zwei festgelegte Areale in der äußeren Domäne des sich entwickelnden Augenbechers gibt, in der diese zukünftigen Stammzellen zunächst liegen. Diese Zellen erreichen den Augenbecher als letzte und kommen schließlich an der Grenze zwischen der Netzhaut und dem pigmentierten Epithel zu liegen. „Unsere Befunde beschreiben zum ersten Mal die Herkunft der Stammzellen im Auge von Fischen und implizieren eine frühe Festlegung dieser Zellen. Dies mag auf den ersten Blick von untergeordnetem Interesse für den Menschen erscheinen, der keine aktiven Stammzellen im Auge mehr aufweist. Dennoch sind diese Daten von herausragender Bedeutung für die Stammzellforschung.“

Darüber hinaus weisen die vorliegenden Ergebnisse hohe biomedizinische Relevanz auf, da sie die Entstehung eines Koloboms erklären, wie Stephan Heermann betont. Durch den beschriebenen zweigeteilten Fluss des Gewebes entsteht auf der unteren Seite des Auges ein Spalt, der Augenbecherspalt. Während der weiteren Entwicklung des Auges ist es nun essentiell, dass sich dieser Spalt schließt, damit das Auge in alle Richtungen sehen kann. „Die vorliegenden Daten zeigen eindrücklich, dass sowohl die Entwicklung des Augenbecherspalts als auch dessen Schluss ganz wesentlich von dem geordneten Gewebefluss abhängen.“ Bleibt der Augenbecherspalt offen, sprechen Mediziner von einem Kolobom.

Originalveröffentlichung:
S. Heermann, L. Schütz, S. Lemke, K. Krieglstein, J. Wittbrodt: Eye morphogenesis driven by epithelial flow into the optic cup facilitated by modulation of bone morphogenetic protein. eLIFE, February 24, 2015, doi: 10.7554/eLife.05216

Informationen im Internet:
Veröffentlichung: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.05216
Filme zur Augenentwicklung:
http://youtu.be/IGjjRGHDYJE / http://youtu.be/Q6aMe9J6o8Q / http://youtu.be/g4HNk9NzajU

Kontakt:
PD Dr. Stephan Heermann, Prof. Dr. J. Wittbrodt
Centre for Organismal Studies
Tel. +49 6221 54-8687 (Heermann), -6499 (Wittbrodt)
stephan.heermann@cos.uni-heidelberg.de, jochen.wittbrodt@cos.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Tel. +49 6221 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

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

nachricht Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

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 zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

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

Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Belle II misst die ersten Teilchenkollisionen

26.04.2018 | Physik Astronomie

Anzeichen einer Psychose zeigen sich in den Hirnwindungen

26.04.2018 | Medizin Gesundheit

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