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 Risikofaktor für Darmkrebs entschlüsselt
13.07.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Algen haben Gene fürs Landleben
13.07.2018 | 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: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Im Focus: Magnetic vortices: Two independent magnetic skyrmion phases discovered in a single material

For the first time a team of researchers have discovered two different phases of magnetic skyrmions in a single material. Physicists of the Technical Universities of Munich and Dresden and the University of Cologne can now better study and understand the properties of these magnetic structures, which are important for both basic research and applications.

Whirlpools are an everyday experience in a bath tub: When the water is drained a circular vortex is formed. Typically, such whirls are rather stable. Similar...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

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

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation

13.07.2018 | Informationstechnologie

Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung

13.07.2018 | Materialwissenschaften

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