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Polypen und Wirbeltiere sind ähnlicher als angenommen
Darmstädter Forscher veröffentlichen neueste Ergebnisse in "Nature"
Die Regulationsmechanismen der Entstehung von Körperachsen bei der Embryonalentwicklung von Süßwasserpolypen und von Wirbeltieren weisen auf molekularer Ebene eine erstaunliche Ähnlichkeit auf. Dies ist das Ergebnis aktueller Untersuchungen der Arbeitsgruppe um die Darmstädter Zell- und Entwicklungsbiologen Dr. Bert Hobmayer und Prof. Dr. Thomas W. Holstein vom Institut für Zoologie an der TU Darmstadt, die jetzt als Cover-Story in der nächsten Ausgabe des international renommierten Wissenschaftsmagazins Nature veröffentlicht wird (Wnt Signaling Molecules Act in Axis Formation in the Diploblastic Metazoan Hydra. Bert Hobmayer, Fabian Rentzsch, Kerstin Kuhn, Christoph M. Happel, Christoph Cramer von Laue, Petra Snyder, Ute Rothbächer, Thomas W. Holstein. Nature, 14. September 2000).
Grundlage der Forschungsarbeiten von Hobmayer und Holstein sind unter anderem die genetischen Arbeiten der Nobelpreisträger Christiane Nüsslein-Vollhardt und Hans Spemann. Bereits 1924 hatten die Freiburger Zoologen Hans Spemann und Hilde Mangold in einer Reihe von klassischen Versuchen gezeigt, dass die Organisation und Differenzierung des Amphibienkeims auf Wechselwirkungen während der frühen Embryonalentwicklung beruht. Nüsslein-Vollhardt konnte bei der Fruchtfliege Drosophila zeigen, dass Konzentrationsgefälle von Signalmolekülen das Wachstum und die Ausdifferenzierung von Organen bei der Embryonalentwicklung bestimmen und eine große Zahl dieser Signalmoleküle biochemisch charakterisieren. Eine zentrale Rolle spielen die sogenannten Wnt-Signalmoleküle, Eiweißstoffe, die von einer bestimmten Zellgruppe, dem "Organisator", gebildet werden, sich an spezifische Rezeptoren auf den Oberflächen anderer Zellen anlagern und dadurch in diesen Zellen die Aktivation oder Hemmung bestimmter Gene auslösen.
Die Darmstädter Forscher konnten nun zeigen, dass die Struktur der bei Süßwasserpolypen (Hydra) gefundenen Wnt-Signalmoleküle eine erstaunliche Ähnlichkeit zu den entsprechenden Proteinen von Wirbeltieren, also auch des Menschen, aufweisen. Eines der Proteine, Hydra-beta-Catenin, ist in der Lage, die Funktion von Wirbeltier-beta-Catenin zu ersetzen und im Amphibienembryo die Entstehung einer neuen Körperachse auszulösen.
Das Ergebnis ist deshalb bemerkenswert, weil Süßwasserpolypen, einer der einfachsten tierischen Organismen, als radiärsymmetrische Nesseltiere über 600 Millionen Jahre alt sind und stammesgeschichtlich an der Stufe der Entstehung vielzelliger Tiere aus Einzellern stehen. Die Ergebnisse legen nahe, dass der Mechanismus der Bildung der Körperachse bereits auf dieser frühen Stufe der Evolution entstanden ist und dies unmittelbar mit dem Übergang von der einzelligen zur vielzelligen Organisationsstufe verbunden war. Der Grundtypus des Bauplans tierischer Organismen wurde wahrscheinlich nur einmal in der Evolution erfunden, und wir scheinen mit so einfachen Organismen wie dem einfachen Süßwasserpolypen offenbar wesentlich mehr gemeinsam zu haben, als bisher vermutet wurde.
Die Arbeit von Hobmayer und Holstein eröffnet auch wichtige Perspektiven für weitere Untersuchungen zur Funktion der Wnt-Signalmoleküle. Süßwasserpolypen können in Einzelzellen zerlegt werden und bilden dennoch innerhalb von ein bis vier Tagen neue, intakte Polypen. Damit kann die Entstehung von Körperachsen jederzeit im Labor beobachtet werden. Durch gezielte Manipulation der beteiligten Gene können so Wechselwirkungen dieser Signalmoleküle untersucht werden, die - sobald sie gestört sind - im Säuger zur Tumorentstehung führen können.
Kontakt: Prof. Dr. Thomas W. Holstein, Tel.: 06151/16-6248, holstein@bio.tu-darmstadt.de, Dr. Bert Hobmayer, Tel.: 06151/16-6244, hobmayer@bio.tu-darmstadt.de, Fax: 06151/16--6077
www: http://neuro.bio.tu-darmstadt.de/bio/zoo/holstein/holstein.html
Bilder zu dieser Pressemitteilung (JPEG, 300 dpi Auflösung, alle © Nature / MacMillan Press 2000) finden Sie im www unter
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Bildunterschrift: Hydra b-Catenin induziert die Entstehung einer zweiten Körperachse in Froschembryonen
· http://www.tu-darmstadt.de/presse/bildarchiv/0904holstein_2.jpg,
Bildunterschrift: Hydra Wnt Produktion während der asexuellen Knospung eines Tochter-Polypen
· http://www.tu-darmstadt.de/presse/bildarchiv/0904holstein_3.jpg,
Bildunterschrift: Hydra Wnt Produktion in den Organisatoren eines Zell-Aggregates
· http://www.tu-darmstadt.de/presse/bildarchiv/0904holstein_4.jpg,
Bildunterschrift: Hydra Wnt wird in der Spitze des Kopfes und in der auswachsenden Knospe produziert
Dieser Text im www: http://www.tu-darmstadt.de/aktuell/pm/2000/0904holstein.tud
he, den 13.9.2000, PM Nr. 4/9/2000
http://www.tu-darmstadt.de/aktuell/pm/2000/0904holstein.tud
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Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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