Dienstag, 10. Dezember 2019
Navigation öffnen
Anzeige:

Medizin

14. April 2015 Embryonalentwicklung: Wie die Rücken-Bauch-Achse entsteht

Damit Zellen in unserem Körper wissen, wo sie sind und was sie werden sollen, werden früh in der Embryonalentwicklung zwei Körperachsen angelegt. In einer aktuellen Publikation im Fachjournal Cell Reports haben nun der Entwicklungsbiologe Ulrich Technau und seine KollegInnen den evolutionären Ursprung der zweiten Körperachse von Mensch und Tier aufgedeckt: Jenes System aus Signalmolekülen, das beim Menschen und den meisten Tieren für die Bildung der Rücken-Bauch-Körperachse verantwortlich ist, entwickelte sich bereits vor 600 Millionen Jahren in dem gemeinsamen Vorfahren von Mensch und Seeanemone. Die Seeanemonen nutzen dieses System allerdings für ihre ganz eigene, zweite Körperachse.

Die meisten Tiere haben eine dorso-ventrale Körperachse (Rücken-Bauch-Achse), die unter anderem die Lage des zentralen Nervensystems, bei uns Menschen das Gehirn und das Rückenmark, bestimmt. Erstaunlicherweise wird diese Achse von Wirbeltieren und Insekten durch die gleichen Signalmoleküle aus der Familie der Bone morphogenetic protein (BMP)-Moleküle aufgebaut, weshalb man davon ausgeht, dass dieser Mechanismus schon in gemeinsamen Vorfahren von Insekten und Wirbeltieren auftrat. Diese Signalmoleküle bestimmen die Position des zentralen Nervensystems - dorsal bei Wirbeltieren, ventral bei Insekten und Würmern.

Aufbauend auf der Erkenntnis, dass alle tierischen Lebewesen über einen ähnlichen Genpool verfügen, analysierten die WissenschafterInnen die Funktion der BMPs während der embryonalen Entwicklung der Seeanemone. "Durch die Analyse der Embryogenese von Seeanemonen haben wir erstaunliche Einblicke in die Evolution von Körperachsen gewinnen können", so Ulrich Technau vom Department für Molekulare Evolution und Entwicklung an der Universität Wien.

Sowohl Längs- als auch Querachse

Seeanemonen gehören zu den Nesseltieren, wie auch Korallen, Hydren oder Quallen, und sind vor mindestens 600 Millionen Jahren entstanden. Sie gelten in vielen Lehrbüchern als radiärsymmetrisch, d.h. sie sind nur durch eine offensichtliche Körperachse, die oral-aborale (Kopf-Fuß) Achse gekennzeichnet. Bei den neuesten Untersuchungen fanden die ForscherInnen, dass die Seeanemone Nematostella vectensis sogar mehrere verschiedene BMP-Moleküle und Gegenspieler, sogenannte BMP-Antagonisten, besitzt. Diese Signalmoleküle bauen in einem frühen Entwicklungsstadium durch ein komplexes Interaktionsnetzwerk einen Aktivitätsgradienten auf, "allerdings überraschenderweise quer zur oral-aboralen Hauptachse des Tieres", wie Ulrich Technau erklärt: "Dadurch wird in den Seeanemonen eine innere Querachse aufgebaut. Hierfür gibt es ein erstaunlich komplexes System aus mehreren sich gegenseitig regulierenden Komponenten". Die AutorInnen schließen aufgrund von molekular-genetischen Analysen, dass der BMP-Signalweg von Vertretern dieser alten tierischen Linie wie eben den Seeanemonen bereits für die Bildung einer zweiten Achse genutzt wird, aber anders interpretiert wird als bei Wirbeltieren. Statt eines Nervenssytems wird die Position von mehreren inneren Einfaltungen, sogenannten Septen oder Mesenterien, festgelegt, in denen sich die Längsmuskeln und die Gonaden bilden. Verblüffenderweise werden hierzu mehrere sogenannte "Hox-Gene" aktiviert, die bei den meisten Tieren entscheidend entlang der Hauptachse (anterior-posterioren Achse), die segmentalen Ausprägungen, wie Rippen, Arme und Beine festlegen. Diese Verknüpfung eines dorso-ventralen Signalwegs mit konservierten Regulatorgenen der anterior-posterioren Achse, ist überraschend und neu. Die ForscherInnen fragten sich nun weiter, wie sich solche Netzwerke von Regulator-Molekülen über Jahrhunderte von Millionen Jahren verändern können, um schließlich trotz ähnlicher Funktionsweise unterschiedliche Strukturen in verschiedenen Tieren zu erzeugen. In Kollaboration mit Mathematikern von der ETH Zürich konnten die Autoren mittels mathematischer Modellierungen zeigen, welche Teile dieses Netzwerks bis heute konstant geblieben sind und welche sich abwandeln konnten, um neue Funktionen in der Evolution hervorzubringen.

"Das BMP-Netzwerk der Seeanemonen ist also nicht nur ein Beispiel für ein Signalsystem, das über 600 Millionen Jahre in den Aufbau der Körperachsen involviert ist, sondern wir lernen auch daraus, wie sich solche wichtigen Netzwerke weiter entwickeln können", so Technau abschließend.

Literaturhinweis:
Grigory Genikhovich, Patrick Fried, M. Mandela Prünster et al.
Axis Patterning by BMPs: Cnidarian Network Reveals Evolutionary Constraints.
Cell Reports 10. 1-9, 17. März 2015.
http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.02.035

Quelle: Universität Wien


Das könnte Sie auch interessieren

Internetbasierte Hilfe für Eltern in Bayern mit chronisch kranken Kindern

Internetbasierte Hilfe für Eltern in Bayern mit chronisch kranken Kindern
© bubutu / Fotolia.com

Rund 100.000 Kinder in Bayern sind von Asthma betroffen, so der aktuelle bayerische Kindergesundheitsbericht. "Das ist nicht nur für die Kleinen belastend, sondern auch für deren Familien", sagt Christian Bredl, Leiter der Techniker Krankenkasse (TK) in Bayern. Mütter, Väter oder Geschwister kommen oft körperlich und psychisch an ihre Grenzen. Hinzu kommt, dass vier von fünf der betroffenen Eltern keine Angebote zur Familienentlastung kennen. "Wir möchten das ändern und mit dem Projekt 'Beratung von Eltern chronisch kranker Kinder...

Vitamin D-Mangel begünstigt Ausbildung von Osteoporose

Vitamin D-Mangel begünstigt Ausbildung von Osteoporose
© crevis / Fotolia.com

Osteoporose ist eine Erkrankung des Skeletts, bei der die Knochen an Festigkeit verlieren und leichter brechen. Dann kann es schnell zu einem Knochenbruch kommen. Sehr oft betroffen sind der Oberschenkelhalsknochen oder die Arme. Eine Ursache für ein schwaches Knochengefüge kann Vitamin D-Mangel sein, wie Prof. Andreas Roth, Leiter des Bereichs Endoprothetik der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie am UKL, anlässlich des Welt-Osteoporose-Tages am 20. Oktober erläutert. Doch auch ein Zuviel an Vitamin D kann zu Gefährdungen führen.

Jeder vierte Patient erhält die Diagnose bereits als Kind

Jeder vierte Patient erhält die Diagnose bereits als Kind
© magicmine / Fotolia.com

„In Deutschland sind etwa 400.000 Menschen von den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) Morbus Crohn und Colitis ulcerosa betroffen“, sagt der CED-Experte der niedergelassenen Magen-Darm-Ärzte, PD Dr. Bernd Bokemeyer. „Die Diagnose wird bei etwa einem Viertel der Patienten schon vor dem 18. Lebensjahr gestellt. Ein Viertel dieser erkrankten Jugendlichen hat seine Diagnose sogar schon vor dem zehnten Lebensjahr erhalten.“  

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Embryonalentwicklung: Wie die Rücken-Bauch-Achse entsteht"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der rsmedia GmbH widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.