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Die zweiköpfige Hydra – Wenn Eltern keine klaren Grenzen setzen

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Diese entwicklungsgeschichtlich sehr alten Vielzeller leben im Meer, an den Küsten und zum Teil auch im Süßwasser. Süßwasserpolypen können sich unter anderem asexuell durch die Ausbildung von Knospen fortpflanzen, die sich zu neuen Polypen entwickeln und anschließend vom Elternpolyp ablösen. Ein Team um die LMU-Biologin Professor Angelika Böttger hat nun den molekularen Signalweg entdeckt, der die Abspaltung der Knospen auslöst.

Wird dieser Signalweg ausgeschaltet, bleiben die jungen Polypen fest mit dem Ursprungspolypen verbunden, so dass zweiköpfige Hydren entstehen. „Dieser Mechanismus hat große Ähnlichkeit mit Vorgängen der Grenzbildung, die bei höheren Tieren für die Ausbildung von Organen von Bedeutung sind“, erläutert Böttger. „Defekte können hier zu fehlerhafter Organentwicklung beim Embryo führen oder Krebs auslösen. Deshalb müssen wir die Funktion der verschiedenen Signalwege im Detail verstehen, wozu jetzt möglicherweise auch unsere Ergebnisse beitragen.“ (Developmental Biology, 1. August 2010)

Süßwasserpolypen sind nur auf den ersten Blick einfache Tiere. Tatsächlich zeigen die nur wenige Zentimeter großen Tiere eine in mancherlei Hinsicht komplexe Lebensweise. So jagen sie etwa mit Hilfe giftiger Nesseln, die in den Tentakeln sitzen: Bei Berührung wird das lähmende Gift in die Beutetiere injiziert. Daneben können sich die Polypen auf verschiedene Arten fortpflanzen. Die Männchen, die Weibchen und auch die Zwitter können aus Knospen an ihrem Rumpf neue Polypen bilden oder – bei der geschlechtlichen Fortpflanzung – in warzenartigen Wölbungen der Körperwand Spermien und Eizellen ausbilden.

Wie auch bei höheren Tieren werden bei Hydra innere Vorgänge und auch Reaktionen auf Umweltveränderungen über molekulare Signalwege zwischen den Zellen abgestimmt. Auf diese Weise werden unter anderem auch die Differenzierung von Zellen und damit die Ausbildung von Geweben sowie die Grenzbildung zwischen Geweben und Organen reguliert. „Die Signale werden durch Hormone oder andere Substanzen an die Zelle weitergegeben und schalten dort eine Genkaskade an, die das Schicksal der Zelle bestimmt“, sagt Professor Angelika Böttger von der Abteilung Zell- und Entwicklungsbiologie am Department Biologie II der LMU München.

In einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Studie untersuchten Böttger und ihr Team nun, welchen Einfluss der sogenannte Notch-Signalweg auf die Ausbildung der Knospen beim Süßwasserpolyp Hydra vulgaris hat: Dabei werden Signale zwischen nebeneinander liegenden Zellen ausgetauscht und deren Schicksal bestimmt, etwa durch laterale Hemmung. In Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Innsbruck und zwei amerikanischen Universitäten behandelten die Biologen die Polypen mit dem Präsenilin-Inhibitor DAPT. Präseniline sind Transmembranproteine in den Membranen von Zellen und Zellorganellen.

Präseniline sind auch an der Spaltung des Notch-Proteins beteiligt und wirken damit förderlich auf den zugehörigen Signalweg. Die Forscher konnten beobachten, dass sich die Polypenknospen in Folge der Präsenilin-Hemmung nicht mehr vom Elterntier abtrennten. Die Zone zwischen beiden Polypen entwickelte sich nicht wie sonst zu einer klar sichtbaren Linie – es gab keine eindeutig markierte Grenze. Zudem bildeten die jungen Polypen keinen Fuß. Stattdessen entstanden zweiköpfige Hydren. „Wir vermuten, dass der Notch-Signalweg bei der Knospenbildung in benachbarten Zellen unterschiedliche genetische Aktivität erzeugt“, so Böttger. „Nur so können sich die unterschiedlichen Strukturen ausbilden.“

„Fehler in den Signalwegen zur Grenzbildung können auch bei höheren Tieren und beim Menschen zu fehlerhafter Organentwicklung beim Embryo führen oder Krebs auslösen“, sagt Böttger. „Auch aus diesem Grund ist es wichtig, die Funktion der verschiedenen Signalwege für das Schicksal der Zellen genauer zu verstehen.“ In ihren weiteren Studien wollen die Biologen zunächst aber untersuchen, welche Funktionen die Signalübertragung bei anderen Nesseltieren wie Korallen oder Seeanemonen hat. „Nesseltiere bilden häufig Kolonien, in denen jedes Tier eine ganz bestimmte Aufgabe ausübt, etwa die Nahrungsaufnahme oder Verteidigung. Uns interessiert, ob veränderte Signalwege auch den Bauplan ganzer Nesseltierkolonien verändern können.“ (CA/suwe)

Publikation:
„Notch signalling defines critical boundary during budding in Hydra”;
Sandra Münder, Tina Käsbauer, Andrea Prexl, Roland Aufschnaiter, Xiaoming Zhang,
Par Towb, Angelika Böttger;
Developmental Biology, Band 344, S. 331-345
1. August 2010
DOI: 10.1016/j.ydbio.2010.05.517

Ansprechpartner:
Professor Angelika Böttger
Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
Department Biologie II
Tel.: 089 / 2180 - 74279
E-Mail: boettger@zi.biologie.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: cellbio.bio.lmu.de
www.uni-muenchen.de/

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