Interpretation des zellulären Ortungssystems

Bisher war nicht bewiesen, wie die Zellen diese Positionsinformation auswerten und sich danach richten. Forscher konnten nun erstmals im lebenden Organismus eines Zebrafisches beobachten, wie Zellen die Ortungssignale eines bestimmten Signalproteins interpretieren und diese zur Weiterentwicklung nutzen.

Aus einer Handvoll Zellen bilden sich während der Entwicklung eines Organismus verschiedene Gewebe, aus denen wiederum ein Embryo entsteht. Für die Entschlüsselung der faszinierenden Abläufe, die während der Entstehung neuen Lebens eine Rolle spielen, interessieren sich Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Welches Gewebe sich aus welcher Zelle bildet und wo genau sich die einzelnen Zellen positionieren müssen, legen Signalmoleküle in Konzentrationsgradienten fest.

Die Signale dieses „zellulären GPS Systems“ müssen von den Zellen aber ausgewertet werden, um die Information sinnvoll zu nutzen. Die molekularen Mechanismen hinter dieser Interpretation waren bisher größtenteils unklar. Licht ins Dunkel brachten nun Wissenschaftler mit einer neuen Studie. Sie beobachteten in lebenden Zebrafischen, wie Zellen ihre Ausbildung und Anordnung durch Auswertung des Ortungssignales ändern können, ohne das „GPS Signal“ selbst zu verändern.

Im Zentrum des Interesses der Wissenschaftler aus der Forschungsgruppe um Professor Michael Brand stand das Signalprotein FGF8. Es hat eine Schlüsselfunktion bei der Entwicklung von Wirbeltieren und spielt bei der frühen Ausbildung von Gehirn, Herz und Gliedmaßen eine bedeutende. Unter anderem mithilfe der Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) – einer hochempfindlichen quantitativen Messmethode – konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Aufnahme zellfremder Stoffe in die Zelle (Endocytose) für das korrekte Auslesen von FGF8 Signalen verantwortlich ist.

Hierzu wurden im lebenden, sich entwickelnden Organismus sowohl das Signal als auch die Aufnahme des Signals in die Zelle und dessen Interpretation in der Zelle gemessen. „Das wirklich überraschende Ergebnis hierbei war, dass die Art und Weise wie die Zellen mit dem aufgenommen Signal umgehen auch die nachfolgende Reaktion der Zellen auf das Signal beeinflusst. Während das Signal außerhalb der Zelle gleich bleibt, ändert sich je nachdem wie das aufgenommene Signal behandelt wird auch das Verhalten der Zellen – so als ob ein GPS-Empfänger, in dem Fall die Zelle, umprogrammiert wird“, so Doktor Matthias Nowak, ein Mitarbeiter von Brand.


MEDICA.de; Quelle: DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden