Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Reise durch den extrazellulären Raum

10.09.2009
Die enorme Bedeutung von extrazellulären Signalproteinen für Zellinteraktionen ist unter Biologen schon lange bekannt.

Besonders wichtig sind sogenannte Morphogene - Signalproteine, die in Gradienten verteilt im Gewebe vorliegen und den Zellen Informationen über ihre Position innerhalb eines Gewebes vermitteln und ihnen so zeigen, wie sie sich entwickeln sollen.

Wie sich jedoch solche Gradienten von Signalmolekülen ausbilden und wie sie aufrechterhalten werden, war bisher ungeklärt. Dresdner Forscher haben entdeckt, dass sich die Gradienten durch einen einfachen 'source-sink' Mechanismus bilden und die Signalmoleküle sich dabei frei durch den extrazellulären Raum bewegen.

Ohne sie würden sich während der embryonalen Entwicklung keine Organe richtig ausbilden oder Zellen an die richtige Position wandern: Konzentrationsgradienten von Signalmolekülen, die bestimmte zelluläre Antworten abhängig von ihrer Konzentration hervorrufen können (Morphogene), sind für die Entwicklung eines Organismus essentiell. Diese Gradienten informieren Zellen bei der Bildung von komplexen Geweben und Organen über ihre Position im Gewebe oder in welche Art von Zelle sie sich entwickeln sollen. Bei charakteristischen Schwellenwerten in der Konzentration eines Morphogens werden in einer Zielzelle dann unterschiedliche Gruppen von Genen aktiviert.

Daher ist das Verständnis über die Ausbildung und Erhaltung der morphogenen Konzentrationsgradienten grundlegend, um die Entwicklung eines Organismus zu verstehen. Einen wichtigen Beitrag dazu haben Wissenschaftler vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) und dem Biotechnologischen Zentrum der TU Dresden (BIOTEC) mit ihrer Studie in der Fachzeitschrift Nature geleistet. Mit einem überraschend einfachen 'source-sink' Mechanismus bilden sich die Gradienten im Gewebe aus. Frei diffundierende Signalmoleküle wandern von einer lokalisierten Quelle (source) aus durch den Raum zwischen den Zellen (extrazellulärer Raum) zum Zielgewebe und werden dort in die Zellen aufgenommen (sink). Dadurch nimmt die Konzentration der Moleküle ab und ein Gradient bildet sich.

Im Fokus der Wissenschaftler aus den Forschungsgruppen um den Entwicklungsgenetiker Prof. Michael Brand und die Biophysikerin Prof. Petra Schwille stand das Morphogen FGF8. Es hat eine Schlüsselfunktion bei der Entwicklung von Wirbeltieren, und spielt bei der frühen Ausbildung von Gehirn, Herz und Gliedmaßen eine bedeutende Rolle: Zugabe des FGF8 Proteins kann beispielsweise die komplexen Vorgänge zur Bildung von vollständigen Gliedmaßen auslösen. Wie aber kann es den hierzu notwendigen Gradienten ausbilden? Die Forscher konnten erstmals die Bewegung und Konzentration des Signalmoleküls FGF8 im lebenden, sich entwickelnden Organismus verfolgen, mit Hilfe der Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) - einer hochempfindlichen Messmethode, die aus Veränderungen in der Fluoreszenzintensität Informationen gewinnt.

Die Methode der Biophysiker befähigte die Entwicklungsbiologen um Prof. Brand, die Ausbildung und den Erhalt von morphogenen Konzentrationsgradienten erstmals in lebendem Gewebe quantitativ nachzuweisen. So konnten die Forscher beobachten, dass sich FGF8 im Gewebe nicht gerichtet und aktiv ausbreitet, sondern frei diffundiert. Prof. Brand: "Seit Jahrzehnten wurde vermutet, dass ein Diffusionsmechanismus der Bildung von Gradienten zugrunde liegen könnte - und es gab viele berechtigte Zweifel ob dies möglich sei - und wir können dies nun erstmals direkt beobachten. Dies ist ein eleganter Mechanismus für Signalmoleküle, um durch den extrazellulären Raum zu reisen und so schnell ihre Zielzellen zu erreichen.". Um zu kontrollieren, ob sich der Gradient in der Tat durch den eleganten 'source-sink' Mechanismus ausbildet, änderten die Forscher die Aufnahmefähigkeit der Zellen im Zielgewebe. So wurden mehr FGF8 Moleküle durch Oberflächenrezeptoren in die Zelle transportiert und der Konzentrationsgradient wurde steiler.

"Dieser relativ simple Mechanismus zeigt zum einen, dass FCS eine wichtige Methode ist, um quantitative Daten zu Konzentrationsgradienten in lebendem Gewebe zu liefern", so Shuizi Rachel Yu, Doktorandin bei Prof. Brand. "Zum anderen liefert das Wissen dieser wichtigen Parameter eine quantitative Basis für experimentelle und theoretische Studien zu Konzentrationsgradienten". Moleküle wie FGF8 und ihre Gradienten sind von grundlegender Bedeutung bei Gewebebildung und Regeneration von Geweben, auch beim Menschen. Die neue Studie eröffnet die Möglichkeit, diese Gradienten genau zu erfassen. Dieses Wissen ist nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für eine mögliche künftige Anwendung solcher hochwirksamen Signalmoleküle für regenerative Therapien von großer Bedeutung.

Shuizi Rachel Yu, Markus Burckhardt, Matthias Nowak, Jonas Ries, Zden?k Petràšek, Steffen Scholpp, Petra Schwille & Michael Brand "FGF8 morphogen gradient forms by a source-sink mechanism with freely-diffusing molecules. Nature. Advanced online Publication: 09.September 2009 | doi: 10.1038/nature08391

Kontakt für Journalisten:
Katrin Bergmann, Pressesprecherin CRTD
Tel.: 0351 463 40347, E-Mail: katrin.bergmann@crt-dresden.de
Prof. Dr. Michael Brand
Professor für Entwicklungsgenetik; Direktor des CRTD und BIOTEC der TU Dresden
Tel.: 0351 463 40345, E-Mail: michael.brand@biotec.tu-dresden.de
Prof. Dr. Petra Schwille,
Professorin für Biophysik am BIOTEC der TU Dresden
Tel.: 0351 463 40329, E-Mail: petra.schwille@biotec.tu-dresden.de

Katrin Bergmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.crt-dresden.de
http://www.biotec.tu-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kupferhydroxid-Nanopartikel schützen vor toxischen Sauerstoffradikalen im Zigarettenrauch
30.03.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung
30.03.2017 | Universität Basel

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: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE