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18.09.2019 News

Wie formen sich Gewebe und Organe?

Foto © CRTD

Forscher identifizieren wichtige molekulare Akteure für die Bildung embryonaler Zell-Strukturen

Die befruchtete Eizelle entwickelt sich zu einem komplexen Organismus: Das Verständnis der molekularen Mechanismen, die dieser faszinierenden Transformation zugrunde liegen, ist ein zentrales Ziel der Entwicklungsbiologie. Aus den drei Ur-Keimschichten Entoderm, Mesoderm und Ektoderm entstehen verschiedene Gewebe und Organe. Aber wie formen sie spezifische und ganz unterschiedlichen Strukturen?

Forscher des CRTD sind gemeinsam mit internationalen Kollegen dieser Frage nachgegangen und haben sich insbesondere mit dem lateralen Plattenmesoderm (LPM) beschäftigt – der Keimschicht, die unter anderem das Herz-Kreislauf-System, Blut-, Nieren- und Muskelzellen entstehen lässt und deren Ursprung bisher kaum untersucht wurde.

Durch eine Kombination von genetischen Werkzeugen und Live-Bildgebungsverfahren identifizierten die Wissenschaftler einen kleinen Gen-Verstärker, durch den sie erkannten, dass das LPM als ein spezifisches Mesendoderm-Feld entsteht. Mithilfe des Gen-Verstärkers konnten sie auch die wichtigsten molekularen Akteure für die Bildung dieser kritischen embryonalen Struktur identifizieren (EomesoderminA, FoxH1, MixL1 und Smad). Der entdeckte Gen-Verstärker arbeitet mit dem zebrafisch-spezifischen Gen Draculin (drl), das die LPM-Ausprägung steuert, und zwar über evolutionär entfernte Arten wie Huhn, Neunauge, Fisch und Axolotl hinweg. Diese Arbeit erweitert das Verständnis dafür, wie das Netzwerk hinter dem lateralen Plattenmesoderm und seinen Spezifikationen funktioniert. Sie deutet darauf hin, dass es sich hierbei um ein von unseren Ahnen -  den ersten Wirbeltieren - übernommenes, hochkonserviertes Programm handelt.

Diese Ergebnisse sind in mehrfacher Hinsicht bedeutsam: Erstens liefern sie neue Erkenntnisse darüber, wie Zellen entscheiden, welche weitere Entwicklung sie auslösen. Dies ist wichtig, da die Definition der Netzwerke, die die wichtigsten Entwicklungsübergänge vorantreiben, uns helfen kann, die Mechanismen zu verstehen, die hinter der Vielfalt der Tierwelt und damit der evolutionären Anpassungsprozesse stehen.

Zweitens machen sie molekulare Netzwerke sichtbar, die für therapeutische und regenerative Zwecke genutzt werden könnten. Die relevante Differenzierung von Um kultivierte embryonale oder induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) therapeutisch so zu steuern, dass sie sich in Richtung Herz-Kreislauf-System, Blut- oder Nierenzellen entwickeln, bleibt eine Herausforderung. Die Erkenntnisse dieser Studie können jedoch helfen, die Möglichkeiten für eine leistungsfähigere Programmierung von therapeutischen Zellen zu entwickeln.

Mitautoren dieser Studie waren CRTD-Forschungsgruppenleitern Dr. Maximina Yun und ihre Mitarbeiterinnen Dr. Anna Czarkwiani und Dr. Dunja Knapp. Geleitet wurde die Studie von Prof. Christian Mossiman (IMLS, Universität Zürich, Schweiz).

Publikation: Nature Communications, „A conserved regulatory program initiates lateral plate mesoderm emergence across chordates”

Forschung von Dr. Maximina Yun