Schranken für die Entwicklung
Protein verhindert das Ausbilden "falscher" Gewebe im späteren Kopfbereich des Embryos
Ein gut funktionierender Körper und eine straffe Organisation gehen Hand in Hand. Das gilt im Großen wie im Kleinen: Wie sonst könnte aus einer einzelnen Eizelle ein vollständiger Organismus entstehen? Wie wichtig ein bestimmtes Protein bei der Zellorganisation im Embryo ist, zeigen nun Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie, des MPI für Biochemie, der Ludwig-Maximilians Universität (LMU) und des Helmholtz Zentrums München. Die Untersuchung gibt der Basalmembran, die später auch bei der Metastasenbildung bestimmter Krebsarten eine wichtige Rolle spielt, eine ganz neue Bedeutung.
Nur mit dem Protein FLRT3 kann das AVE (gelb-rote Zellschicht) angrenzende Zellen (grün) davon abhalten, sich zu Mesoderm weiterzuentwickeln. Die Basalmembran liegt zwischen dem AVE und der grünen Zellmasse.
MPI für Neurobiologie / Klein
Mit seinen 220 verschiedenen Zell- und Gewebetypen ist der Mensch ein Wunder an Komplexität. Fast unglaublich, dass all dies aus einer einzigen Eizelle entstehen kann. Auch die Vielfalt an Körperformen, ob Mensch, Maus, oder Elefant, beginnt jeweils mit einer Zelle. Wie ist es möglich, dass sich so komplizierte, verschiedenartige Strukturen aus so einheitlichen Vorläufern entwickeln? Diese Frage stellen sich Wissenschaftler schon seit langem. Die Antworten werden helfen, die Entwicklung eines Organismus zu verstehen und könnten langfristig auch als Grundlagen für neue Therapieansätze bei Entwicklungsstörungen dienen.
Der Ursprung der Struktur
Wie kommt also Struktur in einen Zellhaufen? Es überrascht nicht allzu sehr, dass es selbst in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung jemanden gibt, der das Sagen hat. So entstehen aus einzelnen Zellen Kontroll- und Schaltzentren. Diese beeinflussen, wie sich andere Zellen weiterentwickeln und an welchen Bestimmungsort sie wandern. Ein wichtiges Kontrollzentrum in der frühen Entwicklungsphase ist eine Zellschicht, die man den Hypoblast oder das Vordere Viszerale Endoderm, AVE, nennt. Die Zellen dieser Region beeinflussen andere Zellen des Embryos und bewirken so die Bildung einer Längsachse, also den Unterschied zwischen vorne und hinten. Dass AVE-Zellen noch eine ganz andere Funktion haben, konnten die Wissenschaftler jetzt aufdecken.
Stützschicht mit großer Wirkung
Angrenzend an die AVE-Zellen befindet sich eine eiweißhaltige Stützschicht, die Basalmembran. Diese sorgt für Stabilität, lenkt aber auch wie eine Art Leitschiene Zellbewegungen und beeinflusst die Differenzierung von Zellen. Die Wissenschaftler fanden nun heraus, dass die Basalmembran ihre wichtigen Funktionen im Kopfbereich des Embryos nur dann erfüllen kann, wenn die benachbarten AVE-Zellen ein bestimmtes Protein, "FLRT3" genannt, auf ihrer Zelloberfläche tragen. Fehlte FLRT3, brach die Basalmembran auseinander. Zur Überraschung der Wissenschaftler verloren darauf die von der Basalmembran beeinflussten Zellen ihre Orientierung und entwickelten sich zu einem ganz anderen Zelltyp weiter, dem Mesoderm. Zwar ist die Bildung von Mesoderm ein natürlicher Prozess während der Entwicklung des Embryos. Normalerweise wird Mesoderm jedoch nur am hinteren Ende des Embryos gebildet.
Fehlentwicklungen am Kopf
"Dieses zusätzliche Verhindern der Mesoderm-Entwicklung durch die Basalmembran war völlig unerwartet", berichtet Rüdiger Klein, der Leiter der Studie. Bisher nahm man an, dass die AVE-Zellen durch die Ausschüttung von bestimmten Botenstoffen die Ausbildung des Mesoderms unterdrückten. Wie wichtig jedoch die Basalmembran, und damit die Funktion des FLRT3-Proteins ist zeigt sich, wenn dieser zweite Kontrollmechanismus nicht mehr funktioniert: Der Kopfbereich kann sich nicht mehr richtig entwickeln.
FLRT3 ist das erste zellgebundene Protein, das mit einer regulierenden Funktion der AVE-Zellen in Verbindung gebracht werden konnte. Diese Erkenntnis bietet einen ganz neuen Ansatzpunkt zum Verständnis grundlegender Vorgänge in der Embryonalentwicklung. "Diese neue Funktion der Basalmembran ist äußerst interessant, da Basalmembranen unter anderem später bei der Metastasenbildung bestimmter Krebsarten eine wichtige Rolle spielen", erläutert Klein.
Originalveröffentlichung: Joaquim Ega et al.; "Genetic ablation of FLRT3 reveals a novel morphogenetic function fort the anterior visceral endoderm in suppressing mesoderm differentiation"; Genes & Development, 1. Dezember 2008
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