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Die Organisation der Körperachsen

01.06.2016

Damit Zellen in unserem Körper "wissen", wo sie hingehören und was sie werden sollen, werden früh in der Embryonalentwicklung zwei Körperachsen angelegt. Ein so genannter "Organisator" ist für diese Achsenbildung verantwortlich. In einer aktuellen Publikation im Fachjournal "Nature Communications" haben der Entwicklungsbiologe Ulrich Technau und Grigory Genikhovich von der Universität Wien und sein Team herausgefunden, dass die molekularen Grundlagen dieses Organisators sehr viel älter sind als angenommen und keineswegs eine "Erfindung" der Wirbeltiere: Diese Signalmoleküle entwickelten sich bereits vor 600 Millionen Jahren in den gemeinsamen Vorfahren von Wirbeltieren und Seeanemonen.

Beim Menschen und bei Tieren ist die korrekte Position von Organen, Gewebe und Gliedmaßen von essentieller Bedeutung. Diese Lage wird üblicherweise durch zwei Körperachsen (Vorder-Hinterende und Rücken-Bauch-Achse) bestimmt, die ein Koordinatensystem aufbauen und damit jeder Zelle eine präzise Adresse zuweisen.


Die Signalmoleküle der molekularen Grundlagen für Körperachsen entwickelten sich bereits vor 600 Millionen Jahren in den gemeinsamen Vorfahren von Wirbeltieren und Seeanemonen.

Copyright: millerse - Sarah E (http://bit.ly/25wsZwa), Wikimedia Commons


Die Transplantation eines Fragments des Urmund-Organisators verursacht die Bildung einer sekundären Körperachse.

Copyright: Modifiziert nach Kraus et al., 2016, Universität Wien

So ist beispielsweise das zentrale Nervensystem aller Wirbeltiere am Rücken lokalisiert, während der Magen-Darmtrakt auf der Bauchseite angelegt ist.

Bei Wirbeltieren gibt es in der frühen Embryogenese einen "Organisator" im Bereich des Urmundes (Blastoporus), der für die Achsenbildung des gesamten Organismus verantwortlich ist. Die Entdeckung dieses Organisators wurde bereits 1935 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Das Organisator-Gewebe instruiert alle umliegenden Zellen am Aufbau der Körperachsen teilzunehmen und zwingt ihnen gewissermaßen ihr Schicksal auf. Ohne ihn wüsste der Embryo nicht, wo der Kopf und Schwanz bzw. wo Rücken und Bauch sein sollen. Fehler in diesem frühen embryonalen Stadium können zu schweren Missbildungen wie siamesischen Zwillingen führen.

In den letzten 25 Jahren haben ForscherInnen die genetische Grundlage dieses besonderen Teils des Embryos bei Wirbeltieren weitgehend entschlüsselt. Gängige Lehrmeinung war, dass der Organisator ausschließlich bei Wirbeltieren vorkommt, da er sich bei Insekten oder Würmern nicht ohne weiteres finden lässt.

Die Arbeitsgruppe um Grigory Genikhovich und Ulrich Technau vom Department für Molekulare Evolution und Entwicklung der Universität Wien konnte nun zeigen, dass nicht nur das Prinzip des Organisators, sondern auch seine molekulare Grundlage sehr viel älter sind als ursprünglich angenommen.

"Wir haben durch Transplantationen und molekulare Untersuchungen bei Embryonen der Seeanemone Nematostella vectensis ebenfalls einen Blastoporus-Organisator gefunden, der wie bei Wirbeltieren die gleiche Klasse von Signalmolekülen zur Achsenbildung nutzt", erklärt Ulrich Technau. "Wir gehen daher davon aus, dass dieses Grundprinzip der embryonalen Regulation der Körperachsen bereits im gemeinsamen Vorfahren von Wirbeltieren und Seeanemonen vor mehr als 600 Millionen Jahren entstanden ist".

Publikation in "Nature Communications":
"Prebilaterian origin of the blastoporal axial organizer": Yulia Kraus, Andrew Aman, Ulrich Technau and Grigory Genikhovich. Nature Communications 7:11694
DOI: 10.1038/ncomms11694

Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Ulrich Technau
Department für Molekulare Evolution und Entwicklung
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-570 00
M +43-664-60277-570 00
ulrich.technau@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

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Stephan Brodicky | Universität Wien

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