Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellen in Grenzgebieten - Entschlüsselung grundlegender Mechanismen der Gestaltbildung

25.10.2001


Max-Planck-Wissenschaftler entdecken wichtigen Signalempfänger bei der Embryonalentwicklung / Signalkette möglicherweise auch bei der Krebsentstehung involviert


Bei der Entschlüsselung der komplexen Signalketten, die das Verhalten von Zellen in der frühen Embryonalentwicklung steuern, sind Wissenschaftler der Arbeitsgruppe um Herbert Steinbeisser vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen jetzt einen entscheidenden Schritt vorangekommen. Sie konnten einen Rezeptor identifizieren, der maßgeblich das Trennungsverhalten von Zellen im Wirbeltierembryo beeinflusst und Bestandteil eines bisher noch kaum beschriebenen Signalweges ist (nature, 25 Oktober 2001). Die Wissenschaftler der von Prof. Peter Hausen geleiteten Abteilung Zellbiologie ebnen damit den Weg zu einem tieferen Verständnis embryonaler Gestaltbildungsprozesse bzw. umgekehrt zu den Ursachen von Missbildung.

Alle Organismen entfalten von der Eizelle bis hin zum erwachsenen Organismus ihre eigene Komplexität. Inmitten dieser verwirrenden Vielgestaltigkeit des Lebens suchen die Wissenschaftler nach zugrunde liegenden Konzepten, den "Gestaltungsgesetzen". Für das Entstehen einer charakteristischen dreidimensionalen Gestalt werden nicht nur Zellen vermehrt und verlagert, sondern auch Gewebe durch so genannte Einstülpungsvorgänge umgelagert. Bei vielen Keimen können nach der Gastrulation, einem sehr umfangreichen Umorganisationsprozess, drei Gewebeschichten identifiziert werden: das Ektoderm, Mesoderm und Entoderm. Im Laufe der weiteren Entwicklung bilden diese drei Keimblätter alle Strukturen des erwachsenen Organismus aus. Die Trennung der drei Gewebsschichten bzw. Keimblätter im frühen Embryo erlaubt nur eindeutige Jas oder Neins - hier muss die Grenzziehung scharf sein und definitive Unterscheidungen sowie saubere Zuordnungen ermöglichen. Im anderen Fall kommt es zu einer Mischung von Zellen verschiedener Keimblätter und damit zu dramatischen Missbildungen des Embryos. Die Zellen der embryonalen Gewebe müssen also die jeweiligen Keimblattgrenzen anerkennen. Was jedoch sind die molekularen Grundlagen ihres Trennungsverhaltens? Welche Signalketten müssen angeschaltet sein, damit eine Zelle weiß, welchem Gewebe sie zugeordnet ist? Wie erfolgt die Grenzziehung?


Bei der Entschlüsselung solcher Signalketten hat die molekulare Entwicklungsbiologie in den vergangenen Jahren große Fortschritte erzielt. So genannte Wnt-Signalwege steuern sowohl die Festlegung von Gewebetypen als auch Morphogeneseprozesse. Als Signalmoleküle fungieren die Wnt-Proteine, die sich an bestimmte Rezeptoren anlagern, die quasi wie Antennen arbeiten und das Signal in die Zelle weiterleiten. Sie gehören zur Familie der Frizzled Rezeptoren. Eine Reihe von intrazellulären Signalketten werden durch sie geschaltet. Dabei unterscheiden die Wissen-schaftler zwei Klassen von Signalwegen: den canonischen und den nicht-canonischen. Bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster steuert der canonische Signalweg unter anderem die Fest-legung der Polarität der Körpersegmente. Im Zebrafisch- und Froschembryo ist es die Ausbildung der Rückenseite. Über nicht-canonische Signalwege werden dagegen beispielsweise die Orientie-rung der Haare und Borsten auf dem Fliegenkörper reguliert sowie die Zellbewegungen bei Zeb-rafisch und Krallenfrosch Xenopus laevis während der Gastrulation. Ein weiterer nicht-canonischer Signalweg, der Wnt/PKC-Weg (Proteinkinase C), beeinflusst die Morphogenese.


Trennungsverhalten von Mesoderm und Ektoderm:
Links: Normales Trennungsverhalten der Zellen beim Krallenfrosch Xenopus,
Rechts: Verlust des Trennungsverhaltens nach Blockierung des Frizzled 7-Rezeptors.

Fotos: Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Im Rahmen ihres Promotionsvorhabens konnte Araceli Medina aus der Arbeitsgruppe von Her-bert Steinbeisser am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie einen der Rezeptoren aus der Frizzled-Familie identifizieren - es ist der Frizzled 7 beim Krallenfrosch Xenopus, welcher in bei-den oben beschriebenen Signalwegen aktiv ist. Er wird im frühen Embryo in einem Bereich pro-duziert, den die Wissenschaftler als Urmundlippe bezeichnen. Durch kurze Nukleotidketten, so genannte antisense Oligonukleotide, konnten die Max-Planck-Wissenschaftler die Synthese dieses Rezeptors blockiert. Sie stellten eine fehlerhaften Ausbildung der embryonalen Körperachse fest, weil sich Zellen des Ektoderms und des einwandernden Mesoderms nun mischen und damit die Einstülpungsbewegung zur Bildung der Urmundlippe verzögern bzw. stoppen.

In einem von Rudolf Winklbauer entwickelten Testverfahren konnten Aracelia Medina und Ra-jeeb Swain zeigen, dass die mesodermalen Zellen aus der oberen Urmundlippe ohne den Frizzled 7-Rezeptor kein Trennungsverhalten mehr gegenüber dem Ektoderm besitzen - sie werden quasi zu "Grenzgängern". Darüber hinaus konnten sie in ihren Experimenten nachweisen, dass Xenopus Frizzled 7 über den noch weitgehend unbekannten Wnt/PKC-Weg aktiv ist. Damit ergeben sich zum ersten Mal konkrete Hinweise auf die Funktion dieses Signalweges sowie auf die molekulare Steuerung des Trennungsverhaltens von Ektoderm und Mesoderm.

Für die Wissenschaftler ist es nun auch möglich zu testen, wieweit die Steuerung der Keimblatttrennung im Zuge der Evolution und damit über die Artgrenzen hinweg erhalten geblieben ist. Darüber hinaus spielt Trennungsverhalten zwischen Zellschichten und Geweben nicht nur bei der frühen Embryonalentwicklung eine Rolle, sondern auch bei der Organbildung und -regeneration. Sind hier dieselben oder ähnliche Signalwege beteiligt? Interessant ist die mögliche Verbindung zum Verhalten von Krebszellen, die invasives Wachstum zeigen - es gibt starke experimentelle Belege dafür, dass Wnt-Signalketten auch hier von Bedeutung sind.

PDF-Version...

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Herbert Steinbeisser
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen
Tel.: 0 70 71 / 6 01 - 3 68, Fax: 0 70 71 / 6 01 - 4 49
E-Mail: herbert.steinbeisser@tuebingen.mpg.de

| Max-Planck-Gesellschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zika und Gelbfieber: Impfstoffe ohne Ei
21.09.2018 | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

nachricht Einbahnstraße für das Salz
21.09.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

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

Tiefseebergbau: Forschung zu Risiken und ökologischen Folgen geht weiter

21.09.2018 | Geowissenschaften

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Optimierungspotenziale bei Kaminöfen

21.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

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