Entwicklungsbiologie – Lebensverlängernde Maßnahmen

Der programmierte Zelltod – die Apoptose – ist ein für alle höheren Organismen streng regulierter, fundamentaler Prozess. Essenziell ist er beispielsweise bei der Embryonalentwicklung, in deren Verlauf zahlreiche nicht mehr benötigte Zellen entsorgt werden müssen.

Barbara Conradt, LMU-Professorin für Zell- und Entwicklungsbiologie, hat mit ihrem Team nun am gut untersuchten Modell des Fadenwurms Caenorhabditis elegans (C. elegans) nachgewiesen, dass kleine RNA-Abschnitte, sogenannte microRNAs, für die Steuerung des programmierten Zelltods wichtig sind, da sie das vorzeitige Absterben von Vorläuferzellen verhindern. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Magazin Genes and Development.

Während der Entwicklung von C. elegans entstehen 1090 Zellen, von denen 118 bereits im Embryonalstadium wieder absterben. Das zelluläre Demontageprogramm beginnt bei dem Fadenwurm mit der Aktivierung des egl-1 Gens, das den Code für ein Bcl-2-ähnliches Protein trägt, das den Zelltod fördert. Der Bauplan für dieses Protein wird zunächst in Boten-RNA übersetzt und an die Ribosomen, die Orte der Eiweißsynthese, übermittelt.

„Wir konnten nun nachweisen, dass bestimmte microRNAs diesen Vorgang hemmen, indem sie die entsprechende Boten-RNA abbauen“, sagt Conradt. „Dadurch wird verhindert, dass die Vorläuferzelle abstirbt, bevor sie sich teilen kann.“

microRNAs sind extrem kurze RNA-Abschnitte, die in vielen Lebewesen wesentlich zur Regulation der Genaktivität beitragen. „Wir konnten nun erstmals für einzelne Zellen quantitativ nachvollziehen, wie die von uns untersuchten microRNAs die Menge an Boten-RNA im sich entwickelnden Tier beeinflussen“, betont Conradt. „Das ist eine Besonderheit unserer Studie.“

Im Regelfall teilen sich die untersuchten Vorläuferzellen in zwei unterschiedlich große Tochterzellen, von denen die kleinere abstirbt, während sich die größere zu einer Nervenzelle weiterentwickelt. Als die Wissenschaftler bestimmte microRNAs ausschalteten, stieg die Menge an Boten-RNA – und damit auch die Produktion des den Zelltod fördernden Killerproteins – in den Vorläuferzellen deutlich an. „Je nach Zelllinie und je nach Art der Mutation starben daraufhin bis zu 80 Prozent der Vorläuferzellen vorzeitig, also vor der Zellteilung“, sagt Conradt.

Nach der Teilung von Vorläuferzellen mit funktionierenden microRNAs werden diese in der kleineren Tochterzelle blitzschnell inaktiviert: Innerhalb von Minuten steigt dadurch der Boten-RNA-Level in der Zelle stark an, sodass große Mengen des Killerproteins produziert werden und die Zelle innerhalb von ca 30 Minuten abstirbt. „Wie die microRNAs bei diesem schnellen Switch reguliert werden, ist allerdings noch völlig unbekannt“, sagt Conradt. Die räumliche und zeitliche Regulation der microRNAs wollen die Wissenschaftler daher in zukünftigen Studien weiter untersuchen.

Publikation:
miRNAs cooperate in apoptosis regulation during C. elegans development
Ryan Sherrard, Sebastian Luehr, Heinke Holzkamp, Katherine McJunkin, Nadin Memar, and Barbara Conradt
Genes and Development 2017
http://genesdev.cshlp.org/content/early/2017/02/06/gad.288555.116

Kontakt:
Prof. Dr. Barbara Conradt
Biozentrum der LMU München
Department Biologie II
Zell- und Entwicklungsbiologie
Tel.: 089 2180-74050
E-Mail: conradt@biologie.uni-muenchen.de