Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellschicksal: Protein sorgt dafür, dass Urkeimzellen sich zu Spermien und Eizellen entwickeln

19.12.2017

Wenn sich ein Organismus entwickelt, muss sich jede Zelle für ihre spätere Aufgabe spezialisieren. Forscher des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ der Universität Münster zeigen nun: Ein bestimmtes Protein sorgt dafür, dass Urkeimzellen sich zu Spermien und Eizellen entwickeln.

Wenn sich ein Embryo entwickelt, muss sich jede einzelne Zelle für ihre spätere Aufgabe spezialisieren. Das „Schicksal“ einer Zelle ist dabei festgelegt: Die früh ausgebildeten Urkeimzellen wandern innerhalb des Embryos zu den entstehenden Geschlechtsorganen, wo sie sich zu Spermien und Eizellen entwickeln.


Links: Urkeimzellen (grün) im Zebrafischembryo – zu erkennen an ihrer runden Form. Rechts: Fehlt das Protein Dead End, differenzieren sie sich in Körperzellen, hier in typisch längliche Muskelzellen.

T. Gross-Thebing et al./Dev Cell

Das Gewebe, durch das sie hindurchwandern und mit dessen Zellen sie interagieren, differenziert sich dagegen in Körperzellen, zum Beispiel in Muskel-, Knochen- oder Nervenzellen. Dafür sind bestimmte chemische Signale verantwortlich, die auf die Zellen einwirken. Urkeimzellen bleiben jedoch gegen diese Signale immun und schaffen es zu ihrem Bestimmungsort.

Welche Mechanismen stecken dahinter? Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ (CiM) der Universität Münster haben jetzt herausgefunden, dass ein bestimmtes Protein in den Urkeimzellen dafür verantwortlich ist: das Protein „Dead end“. „Wir konnten zum ersten Mal nachweisen, dass Keimzellen, denen das Protein fehlt, sich während ihrer Wanderung in Körperzellen differenzieren“, sagt Theresa Gross-Thebing, Erstautorin der Studie und Doktorandin an der Graduiertenschule des Exzellenzclusters.

Das bedeutet, dass in einem Embryo, dem „Dead End“ fehlt, keine Zellen entstehen, die der Fortpflanzung dienen, und der erwachsene Organismus unfruchtbar wird. Die Ergebnisse könnten auch bei der Entwicklung bestimmter Keimzelltumore relevant sein. Die Studie ist aktuell in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ erschienen.

Die Geschichte im Detail:

Um zu ihren Ergebnissen zu gelangen, sahen sich die Wissenschaftler wandernde Urkeimzellen in Embryonen von Zebrafischen an. Zebrafischembryonen ermöglichen einen direkten Blick in den Organismus, weil sie durchsichtig sind und sich außerhalb des Mutterleibes innerhalb weniger Tage entwickeln. Die Forscher um CiM-Gruppenleiter Prof. Dr. Erez Raz untersuchten Fische, in deren Urkeimzellen sie die Konzentration des Proteins „Dead end“ heruntergesetzt hatten.

Sie beobachteten die Zellen auf ihrem Weg durch den Embryo, während er sich in den ersten Tagen entwickelte. In früheren Studien hatten Forscher bereits festgestellt, dass Keimzellen ohne „Dead end“ nach einem Tag verschwunden waren. Bisher nahmen sie jedoch an, dass die Keimzellen während ihrer Wanderung starben und dies der Grund dafür war, dass sie nicht an ihrem Bestimmungsort ankamen. Daher der Name des Proteins: „Dead end“, Englisch für Sackgasse.

Um den Weg der Urkeimzellen über einen längeren Zeitraum als in früheren Studien beobachten zu können, markierten die münsterschen Wissenschaftler die Keimzellen mit fluoreszierenden Farbstoffen und untersuchten sie mit der Technik der Lichtblattmikroskopie. Dabei rastert ein Laserstrahl das Gewebe sehr schnell Schicht für Schicht ab, während eine Kamera das Fluoreszenzsignal erfasst. Die einzelnen Schichten werden dann zusammengesetzt, sodass eine gesamte 3D-Darstellung des Gewebes entsteht und die Forscher die Position der Zellen im Gewebe beobachten können.

Indem die Wissenschaftler bestimmte Signalstoffe, welche die Urkeimzellen normalerweise an ihren richtigen Ort führen, genetisch „ausschalteten“, brachten sie die Zellen dazu, in für sie fremdes Gewebe zu wandern. Bereits nach einem Tag konnten die Wissenschaftler erkennen, dass Urkeimzellen, denen das Protein „Dead End“ fehlte, deutlich ihre Form änderten – von der für Keimzellen charakteristischen runden Form und dem für sie typischen Migrationsverhalten war nichts mehr zu sehen.

Stattdessen zeigten die Zellen Formen, die für die benachbarten Körperzellen charakteristisch sind, zum Beispiel die längliche Form einer Muskelzelle oder die für Nervenzellen typischen langen Fortsätze. Die jeweilige Form entsprach dem Gewebe, in dem sich die Zellen befanden, zum Beispiel dem frühen Muskelgewebe.

Das Ergebnis: Nach einem Tag zeigten nur noch 20 Prozent aller Urkeimzellen, denen „Dead end“ fehlte, ihre ursprüngliche Form. Nach zwei Tagen beobachteten die Forscher überhaupt keine Zellen mehr, welche die Form einer Keimzelle hatten. Ein Teil der Keimzellen war gestorben, wie es schon in früheren Studien beobachtet worden war. Der weitaus größere Teil hatte sich jedoch anhand ihrer Form in Körperzellen differenziert.

Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich ihre Beobachtungen auch auf molekularer Ebene innerhalb der Zelle widerspiegelten: Keimzellen, denen „Dead end“ fehlte, produzierten ein für Muskelzellen typisches Biomolekül, wenn sie sich in Muskelzellen differenzierten – im Gegensatz zu den genetisch unveränderten Urkeimzellen. „Mit diesen Ergebnissen können wir erstmals zeigen, dass ‚Dead end‘ als Protein dafür verantwortlich ist, dass das Schicksal von Urkeimzellen aufrechterhalten bleibt“, sagt Prof. Erez Raz.

Die Forscher sehen auch eine Verbindung zu bestimmten Tumoren beim Menschen, den Teratomen. Diese Tumore gehen auf Keimzellen zurück und treten größtenteils an den Eierstöcken oder Hoden auf. Die Besonderheit ist, dass den Tumoren zum Beispiel Zähne oder Haare wachsen. „Erste Studien in Mäusen legen die Vermutung nahe, dass Keimzellen ohne ,Dead end‘ fehlschlagen und diese körperliche Ausdifferenzierung der Tumore hervorrufen könnten“, sagt Theresa Gross-Thebing. In der Zukunft möchten die Wissenschaftler nun herausfinden, welche Mechanismen innerhalb der Urkeimzelle ablaufen, wenn „Dead End“ aktiv ist. Ob und wann sich die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung in möglichen klinischen Anwendungen widerspiegeln werden, ist derzeit nicht absehbar.

Die Studie erhielt Unterstützung durch den Exzellenzcluster „Cells in Motion“, den Europäischen Forschungsrat (ERC) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Originalpublikation:

Gross-Thebing T, Yigit S, Pfeiffer J, Reichman-Fried M, Bandemer J, Ruckert C, Rathmer C, Goudarzi M, Stehling M, Tarbashevich K, Seggewiss J, Raz E. The vertebrate protein Dead end maintains primordial germ cell fate by inhibiting somatic differentiation. Dev Cell 2017, DOI: 10.1016/j.devcel.2017.11.019

Kontakt:

Svenja Ronge
Exzellenzcluster "Cells in Motion"
Pressereferentin / Forschungsredakteurin
Tel: +49 251 83-49310
svenja.ronge@uni-muenster.de

Weitere Informationen:

https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/people/all/raz-e.php Prof. Erez Raz

Svenja Ronge | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Eizellen Embryo Gewebe Keimzellen Körperzellen Spermien Urkeimzellen Zellen protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Biologischer Lichtsensor in Aktion gefilmt
15.06.2018 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Belohnung fürs Gehirn
15.06.2018 | 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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

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

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

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