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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Wie Keimbahnzellen ihr Ziel finden |
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Keimbahnzellen geben
die Erbinformationen von einer Generation zur Nächsten weiter. In der
frühen Entwicklungsphase des Embryos wandern diese Zellen zu jenen
Stellen an denen sich später die Geschlechtsorgane bilden. Bisher war
unklar, wie die Keimbahnzellen ihren Weg dorthin finden. Jetzt konnte
entschlüsselt werden welche Markierung die Zellen zur Orientierung
nutzen und mit welchen Sensoren sie diese Wegweiser wahrnehmen. |
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Jede Zelle enthält die
gesamte Erbinformation eines Tieres, aber nur eine kleine Gruppe hoch
spezialisierter Zellen kann diese an die nächste Generation weitergeben
- die Keimbahnzellen. Sie sind die Vorläufer der Samen- und Eizellen.
Während der Befruchtung verschmelzen Samen- und Eizelle miteinander und
begründen die nächste Generation, die ihrerseits wiederum ihre
Erbinformation über die Keimbahn an die folgende Generation übermittelt.
In diesem Sinne fungieren Keimbahnzellen als verbindendes Glied zwischen
den Generationen. |
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Auf
der Suche nach Wegweisern |
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Wissenschaftler des
Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie machten sich auf die Suche
nach Wegweisern für Keimbahnzellen.
Hierzu testeten sie Tausende von Zebrafisch-Embryonen, in denen durch
genetische Veränderung zufällig einzelne Proteine inaktiviert worden
waren. |
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Verloren wie "Odysseus" |
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Dabei entdeckten sie
eine Mutation, die dazu führt, dass die Keimbahnzellen nicht zu den
Gonaden wandern, sondern sich wie zufällig im Embryo verteilen.
Da viele Keimbahnzellen in diesen Mutanten auf ihrem Weg zu den Gonaden
- vergleichbar den Gefährten des Odysseus auf ihrer Heimreise - verloren
gehen, nannten die Forscher diese Mutante in Anlehnung an Homers Gesänge
"Odysseus".
Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten die Wissenschaftler in der
Online-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature", AOP. |
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"A
zebrafish homologue of the chemokine receptor Cxcr4 is a germ cell" von
Holger Knaut, Christian Werz, Robert Geisler, The Tübingen 2000 Screen
Consortium and Christiane Nüsslein-Volhard.
Nature, Advance Online Publication (AOP), |
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 Der
Artikel in AOP |
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Werden Wegweiser nicht erkannt oder sind sie unleserlich? |
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Mit einem genetischen
Trick gelang es den Forschern, die Keimbahnzellen mit einem grün
fluoreszierenden Protein (GFP) zu markieren und in lebenden Embryonen zu
studieren. Ihre Beobachtungen zeigen, dass sich Keimbahnzellen in
Odysseus-Embryonen zwar noch bewegen können, letztendlich aber ziellos
durch den Embryo wandern.
Hierfür gibt es zwei mögliche Erklärungen: Entweder verhindert die
Odysseus-Mutation, dass Keimbahnzellen die Wegweiser zu den Gonaden
"erkennen" können, oder die Mutation macht die Wegweiser unleserlich. In
beiden Fällen würden die Keimbahnzellen ihre Orientierung verlieren.
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Entwicklung der Keimbahn
Die Entwicklung der Keimbahn lässt sich in zwei Phasen einteilen. Schon
während der frühen Entwicklung des Embryos spezifizieren sich die
Keimbahnzellen und grenzen sich von den übrigen (somatischen) Zellen des
Körpers ab. Nach ihrer Ausdifferenzierung beginnen die Keimbahnzellen
sich zu teilen und wandern dann durch den Embryo zu jener Stelle, an der
sich später die Geschlechtsorgane (Gonaden) bilden. Während man bei
Studien in Fliegen und Mäusen bereits viele Faktoren aufgespürt hat, die
bei der Bildung von Keimbahnzellen eine Rolle spielen, war es bisher
nicht klar, wie Keimbahnzellen ihren Weg durch den Embryo finden. |
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Mutation macht Wegweiser unsichtbar |
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Doch bisher war weder
bekannt, auf welcher molekularen Grundlage die Wegweiser funktionierten,
noch auf welche Weise diese von den Keimbahnzellen wahrgenommen werden.
Der Test durch klassische Transplantationsexperimente brachte Klarheit:
Odysseus-Keimbahnzellen sind blind für die Wegweiser zu den Gonaden. Die
Mutation inaktiviert ein Genprodukt, dass die Signale "sichtbar" macht.
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Keimbahnzellen finden ihren Weg durch einen Zebrafisch-Embryo zu den
Gonaden mit Hilfe des Rezeptor cxcr4 und des wegweisenden Liganden
SDF-1. Während die Keimbahnzellen normalerweise zum Schwanzansatz des
Zebrafisch-Embryos wandern, wo sich dann die Gonaden bilden (Abb. a),
führen verminderte Mengen an funktionellen cxcr4-Rezeptoren (Abb. b)
oder SDF-1 Liganden (Abb. c) zu orientierungslos dahin wandernden
Keimbahnzellen. |
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Ein
wichtiger und vielseitiger Rezeptor wird gestört |
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Die Wissenschaftler
stellten fest, dass in Odysseus-Embryonen ein bekannter Rezeptor mit dem
Namen cxcr4b gestört ist. Interessanterweise gehört cxcr4b zu einer
Gruppe von Rezeptoren, die auch bei ganz anderen Zellwanderungen eine
Rolle spielt.
So nutzen Leukozyten ähnliche Rezeptoren, um Bakterien im Körper
aufzuspüren, zu jagen und dann unschädlich zu machen. Schleimpilze sind
auf diese Rezeptoren in Hungerzeiten angewiesen, um einander zu finden
und Sporen zu bilden.
Und in Menschen und Mäusen spielt cxcr4 eine wichtige Rolle bei der
Infektion von T-Zellen durch HIV, aber auch bei der Zellwanderung von
B-Zellen und Neuronen |
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Entscheidender Hinweis aus der Immunologie |
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Einen wichtigen
Hinweis haben die Max-Planck-Wissenschaftler aus der immunologischen
Forschung bekommen, wo intensive Studien in Zellkultur und Mäusen so
genannte stromal cell derived factor 1, kurz SDF-1, als Kopplungspartner
(Liganden) von cxcr4 identifiziert hatten.
Dies legte nahe, dass SDF-1 auch während der Wanderung der
Keimbahnzellen der Ligand (Kopplungspartner) für cxcr4b ist.
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Verdacht bestätigt |
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Die Analyse von SDF-1
in den Zebrafischembryonen bestätigte diese Vermutung. Die Forscher
fanden nicht nur, dass SDF-1 im Embryo entlang der Wegstrecke von
wandernden Keimbahnzellen angeschaltet wurde, sondern auch, dass bei
verminderten Mengen von SDF-1 die Keimbahnzellen orientierungslos
wurden.
Genau wie die Odysseus-Keimbahnzellen, denen der SDF-1 Rezeptor cxcr4b
fehlt. |
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Der
Wegweiser: SDF-1, das "Auge": der Rezeptor cxr4 |
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Darüber hinaus stellte
sich heraus, dass SDF-1 sogar in der Lage ist, Keimbahnzellen von ihrem
natürlichen Weg abzubringen und an falsche Orte zu locken.
Beispielsweise wanderten die Keimbahnzellen zum Kopf von
Zebrafisch-Embryonen, wenn SDF-1 dort durch einen Trick angeschaltet
wurde.
Bildlich gesprochen "sehen" die Keimbahnzellen somit die
Wegweiser-Moleküle SDF-1 mit dem Rezeptor cxcr4 und finden so ihren Weg
durch den Embryo. |
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