Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie unsere Rücken-Bauch-Achse entstand

18.03.2015

Damit Zellen in unserem Körper wissen, wo sie sind und was sie werden sollen, werden früh in der Embryonalentwicklung zwei Körperachsen angelegt.

In einer aktuellen Publikation im Fachjournal "Cell Reports" haben nun der Entwicklungsbiologe Ulrich Technau und seine KollegInnen den evolutionären Ursprung der zweiten Körperachse von Mensch und Tier aufgedeckt:


Mittels Analyse von Seeanemonen konnte nun der Ursprung der zweiten Körperachse von Mensch und Tier aufgedeckt werden.

Copyright: Grigory Genikhovich

Jenes System aus Signalmolekülen, das beim Menschen und den meisten Tieren für die Bildung der Rücken-Bauch-Körperachse verantwortlich ist, entwickelte sich bereits vor 600 Millionen Jahren in dem gemeinsamen Vorfahren von Mensch und Seeanemone. Die Seeanemonen nutzen dieses System allerdings für ihre ganz eigene, zweite Körperachse.

Die meisten Tiere haben eine dorso-ventrale Körperachse (Rücken-Bauch-Achse), die unter anderem die Lage des zentralen Nervensystems, bei uns Menschen das Gehirn und das Rückenmark, bestimmt.

Erstaunlicherweise wird diese Achse von Wirbeltieren und Insekten durch die gleichen Signalmoleküle aus der Familie der Bone morphogenetic protein (BMP)-Moleküle aufgebaut, weshalb man davon ausgeht, dass dieser Mechanismus schon in gemeinsamen Vorfahren von Insekten und Wirbeltieren auftrat. Diese Signalmoleküle bestimmen die Position des zentralen Nervensystems – dorsal bei Wirbeltieren, ventral bei Insekten und Würmern.

Aufbauend auf der Erkenntnis, dass alle tierischen Lebewesen über einen ähnlichen Genpool verfügen, analysierten die WissenschafterInnen die Funktion der BMPs während der embryonalen Entwicklung der Seeanemone. "Durch die Analyse der Embryogenese von Seeanemonen haben wir erstaunliche Einblicke in die Evolution von Körperachsen gewinnen können", so Ulrich Technau vom Department für Molekulare Evolution und Entwicklung an der Universität Wien.

Sowohl Längs- als auch Querachse

Seeanemonen gehören zu den Nesseltieren, wie auch Korallen, Hydren oder Quallen, und sind vor mindestens 600 Millionen Jahren entstanden. Sie gelten in vielen Lehrbüchern als radiärsymmetrisch, d.h. sie sind nur durch eine offensichtliche Körperachse, die oral-aborale (Kopf-Fuß) Achse gekennzeichnet. Bei den neuesten Untersuchungen fanden die ForscherInnen, dass die Seeanemone Nematostella vectensis sogar mehrere verschiedene BMP-Moleküle und Gegenspieler, sogenannte BMP-Antagonisten, besitzt.

Diese Signalmoleküle bauen in einem frühen Entwicklungsstadium durch ein komplexes Interaktionsnetzwerk einen Aktivitätsgradienten auf, "allerdings überraschenderweise quer zur oral-aboralen Hauptachse des Tieres", wie Ulrich Technau erklärt: "Dadurch wird in den Seeanemonen eine innere Querachse aufgebaut. Hierfür gibt es ein erstaunlich komplexes System aus mehreren sich gegenseitig regulierenden Komponenten".

Septen statt Nervensystem

Die AutorInnen schließen aufgrund von molekular-genetischen Analysen, dass der BMP-Signalweg von Vertretern dieser alten tierischen Linie wie eben den Seeanemonen bereits für die Bildung einer zweiten Achse genutzt wird, aber anders interpretiert wird als bei Wirbeltieren. Statt eines Nervenssytems wird die Position von mehreren inneren Einfaltungen, sogenannten Septen oder Mesenterien, festgelegt, in denen sich die Längsmuskeln und die Gonaden bilden.

Verblüffenderweise werden hierzu mehrere sogenannte "Hox-Gene" aktiviert, die bei den meisten Tieren entscheidend entlang der Hauptachse (anterior-posterioren Achse), die segmentalen Ausprägungen, wie Rippen, Arme und Beine festlegen. Diese Verknüpfung eines dorso-ventralen Signalwegs mit konservierten Regulatorgenen der anterior-posterioren Achse, ist überraschend und neu.

Die ForscherInnen fragten sich nun weiter, wie sich solche Netzwerke von Regulator-Molekülen über Jahrhunderte von Millionen Jahren verändern können, um schließlich trotz ähnlicher Funktionsweise unterschiedliche Strukturen in verschiedenen Tieren zu erzeugen.

In Kollaboration mit Mathematikern von der ETH Zürich konnten die Autoren mittels mathematischer Modellierungen zeigen, welche Teile dieses Netzwerks bis heute konstant geblieben sind und welche sich abwandeln konnten, um neue Funktionen in der Evolution hervorzubringen.

"Das BMP-Netzwerk der Seeanemonen ist also nicht nur ein Beispiel für ein Signalsystem, das über 600 Millionen Jahre in den Aufbau der Körperachsen involviert ist, sondern wir lernen auch daraus, wie sich solche wichtigen Netzwerke weiter entwickeln können", so Technau abschließend.

Publikation in "Cell Reports":
Axis Patterning by BMPs: Cnidarian Network Reveals Evolutionary Constraints. Grigory Genikhovich, Patrick Fried, M. Mandela Prünster, Johannes B. Schinko, Anna F. Gilles, David Fredman, Karin Meier, Dagmar Iber und Ulrich Technau. In: Cell Reports 10. 1-9, 17. März 2015.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.02.035

Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Ulrich Technau
Department für Molekulare Evolution und Entwicklung
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-570 00
M +43-664-60277-570 00
ulrich.technau@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.700 MitarbeiterInnen, davon 6.900 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 92.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://univie.ac.at

1365 gegründet, feiert die Alma Mater Rudolphina Vindobonensis im Jahr 2015 ihr 650-jähriges Gründungsjubiläum mit einem vielfältigen Jahresprogramm – unterstützt von zahlreichen Sponsoren und Kooperationspartnern. Die Universität Wien bedankt sich dafür bei ihren KooperationspartnerInnen, insbesondere bei: Österreichische Post AG, Raiffeisen NÖ-Wien, Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft, Stadt Wien, Industriellenvereinigung, Erste Bank, Vienna Insurance Group, voestalpine, ÖBB Holding AG, Bundesimmobiliengesellschaft, Mondi. Medienpartner sind: ORF, Die Presse, Der Standard.

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten
08.12.2016 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Herz-Bindegewebe unter Strom
08.12.2016 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

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: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops