ENTWICKLUNGSBIOLOGIE

ENTWICKLUNGSBIOLOGIE
1) ANFÄNGE DER ENTWICKLUNGSBIOLOGIE
Die Wissenschaft von der Embryonalentwicklung begann bereits vor 2000 Jahren. Aristoteles vertrat damals die
Ansicht, dass Embryonen im Ei nicht vollständig ausgebildet als Miniaturausgabe vorliegen, sondern dass ihre
Form + Struktur im Laufe der Entwicklung nach und nach hervortreten. → wurde im 19. + 18. Jh. von
denjenigen angezweifelt die an die Präformationstheorie glaubten.
1.1) EPIGENESE UND PRÄFORMATION
→ Aristoteles beschrieb als 1. das Problem der Epigenese + Präformation.
→ er stellte als 1. fest, dass man Entwicklung auf 2 unterschiedliche Arten erklären kann
→ er sprach das Problem an, wie die unterschiedlichen Teile des Embryos gebildet werden.
→ er zog diese 2 Möglichkeiten in Erwägung: 1) Präfomation, 2) Epigenese
1.1.1) Präformation
→ „vorher gebildet“ (lat. Prae: vor; forma: Form, Gestalt, Gebilde)
→ diese Theorie war bis Ende des 18.Jhd. vorherrschend
→ sie ging davon aus, dass die Keime einer Generation bereits die Keime der nächsten Generation
„eingeschachtelt“ in sich enthalten (Prinzip der russischen Babuschka-Puppen)
→ alle Teile des Embryos sind bereits von Anfang an vorgeformt (sämtliche Embryonen währen schon seit
Anbeginn der Welt vorhanden gewesen; Strukturen sind schon vorgegeben)
→ die Teile werden während der Entwicklung nur größer
→ der Schöpfer wird hier nur einmal benutzt (zur Erschaffung des Lebens; seit dem läuft alles automatisch;
„Geschichte nach Gottes Plan“ ⇒ nur Zyklen, die sich immer wieder wiederholen)
→ Man sieht in der Eizelle/dem Spermium nichts, weil alles so klein ist, aber eigentlich ist in der Zelle schon ein
kleiner Frosch, Mensch, … enthalten.
→ Homunkulus: ⇒ lat. Menschlein
⇒ ist ein künstlicher (aus einer Transformation) geschaffener Mensch ohne Seele
→ Gezeugte Wesen galten als Individuen, die unteilbar waren, damit war auszuschließen, dass sie einen
doppelten Ursprung haben könnten, die ersten Erklärungsversuche wiesen denn auch nur einem der
Erzeuger eine entscheidende Rolle zu, je nach Kultur dem Männlichen od. dem Weiblichen. Auf unsere Art
angewandt, blieb diese Sicht nicht ohne Folgen für die Gesellschaftsstruktur + die Rollenverteilung zw.
Männern + Frauen.
→ Bedingt dadurch entstanden 2 Gruppen: 1) Ovisten, 2) Spermisten
1) Ovisten: ⇒ ovistische Theorie
⇒ in der bzw. die Eizelle ist alles
⇒ Spermium aktiviert nur
⇒ Homunkulus befindet sich in der Eizelle
2) Spermisten: ⇒ spermistische Theorie
⇒ Eizelle liefert nur Nährstoffe
⇒ Spermium trägt alle Informationen, die aber vorbestimmt sind!
⇒ Homunkulus sitzt im Kopf eines jeden Spermiums
⇒ Spermium bringt alles
⇒ Eizelle ist nur da (liefert die Nährstoffe)
→ Im 17 Jhd. war die Präformation der allgemein anerkannte Ansatz: Der Schöpfer hat einmal erschaffen und
seitdem läuft alles automatisch ab ⇒ sehr deterministisches Weltbild
→ Newton (17Jhd) prägte den begriff des „Uhrwerkuniversums“ ⇒ alles ist vorgegeben ⇒ keine
Veränderung, keine Evolution
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1.1.2) Epigenese
→ wörtl. „nach der Bildung“ (epi = nach, genese = Schöpfung; „was nach der Entstehung geschieht“)
→ ist die Ausprägung eines bestimmten Merkmals (Phänotyps) des Individuums auf der Grundlage bestimmter
Expressionsmuster
→ es entstehen permanent neue Strukturen
→ vor der Schöpfung
→ noch nicht vorgegeben (Jedes einzelne Individuum ist erschaffen ⇒ Eizelle ist leer)
→ bei der Geburt ist man ein weißes Blatt (Nullzustand)
→ Entwicklung wird durch die Umwelt vorgegeben (Analog: „die moderne Theorie des Behaviorismus“)
→ epigenese ist eine kreationistische Idee (Kreationismus: die Welt mit allen Lebewesen ist von Gott
erschaffen)
→ Problem: Eizelle eines Huhns ergibt immer ein Huhn, wie kann dies jedoch funktionieren, wenn nichts
vorgegeben ist?
→ bis ins 18. Jhd. wurde das Problem der Präformation + Epigenese heftig diskutiert
→ Die Frage konnte erst mit der Erkenntnis, dass alle Lebewesen, auch Embryonen, aus Zellen bestehen,
beantwortet werden.
1.2) DIE ZELLTHEORIE
→ die Zelltheorie veränderte die Vorstellungen über die Embryonalentwicklung + die Vererbung
1.2.1) Matthias Schleiden + Theodor Schwann (Anfang 19.Jhd.)
→ stellten zwischen 1820-1840 die Zelltheorie auf
→ sie erkannten das alle Lebewesen aus Zellen bestehen (zuerst machte Schleiden die Aussage, dass Pflanzen
aus Zellen bestehen; noch im selben Jahr erweitert dies Schwann auf Tiere)
→ gemeinsam entwickelten sie schließlich die Zelltheorie
→ sie erkannten das einige Organismen einzellig sind, während andere mehrzellig sind
→ weiters erkannten sie, dass Membranen + Zellkerne zu den allgemeinen Zelleigenschaften gehören
→ sie stellten fest, dass Zellen ⇒ die Grundeinheiten des Lebens darstellen
⇒ nur durch Teilung aus anderen Zellen hervor gehen
→ Schwann beschrieb die chem. Umwandlungen die in lebendem Gewebe stattfinden (prägte den Begriff
„Metabolismus“)
→ weiters formulierte Schwann die Grundprinzipien der Embryologie (er beobachtete, dass ein Ei eine
Einzelzelle ist, die sich schließlich zu einen vollständigen Organismus entwickelt)
→ die Präformation war dadurch tot! ⇒ man fand keinen Homunculus
1.2.2) August Weismann (Ende 19. Jh.)
→ er hat zum 1. mal eine Unterscheidung hinsichtlich der Zellen getroffen die einen Organismus ausmachen
(dh. er unterschied Keimzellen/Ei + Spermium + somatische Zellen/Körperzellen)
→ Er hat die Erbsubstanz definiert, die durch die Keimzellen, jedoch nicht über die Körperzellen übertragen wird
(ein Nachkomme erbt die Eigenschaften eines Elternteils nicht über den Körper, sondern nur durch die
Keimzellen)
→ die Keimzellen werden nicht durch den Körper beeinflusst
→ seine Theorie war, dass Eigenschaften die ein Körper zu Lebzeiten erlangt, nicht auf die Keimzellen
übertragen werden können.
→ der Körper dient nur als Träger der Keimzellen (Weismanns Theorie drückte der engl. Schriftsteller Samuel
Butler so aus: „die Henne ist nur ein Mittel für das Ei, um noch ein weiteres Ei hervorzubringen“)
→ Weismann machte versuche mit Mäusen:
⇒ er hat ihnen immer wieder, über viele Generationen die Schwänze abgeschnitten
⇒ die Mäuse kamen jedoch immer wieder mit langen Schwänzen auf die Welt
⇒ dadurch stellte er den Gegenbeweis der Lamarck’schen Theorie auf: „Es gibt keine Vererbung
erworbener Eigenschaften“
(⇒ Andere Beiweise: 20 Jahre später (∼ 1900) wurden die Mendelschen Gesetzte wieder entdeckt)
1.2.2.a) Weismann Unterschied zw. Keimzellen + somatischen Zellen
→ er machte einen unterscheidet zwischen: ⇒ germline (Keimbahnzellen)
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⇒ Soma (Körperzellen)
Keimzellen:⇒ Zellen aus denen Ei + Samenzellen (die Gameten) hervorgehen
somatische Zellen: ⇒ alle Zellen bis auf die Keimzellen
⇒ bei den meisten Tieren sind die somatischen Zellen diploid
⇒ Mutationen werden nicht an die Nachkommen weitergegenen
Keimbahn: ⇒ die Entwicklung von Zellen zu Keimzellen
⇒ sind diploide Zellen des Körpers
⇒ beteiligen sich nicht an der Entwicklung des Organismus
⇒ bei Tieren die Abfolge von Zellen, die, beginnend bei der befruchteten Eizelle (Zygote) im Laufe
der Individualentwicklung schließlich zur Bildung der Keimdrüsen + der Keimzellen (Eizellen
+ Spermien) führen
⇒ bei Pflanzen gibt es quasi keine Keimbahn
⇒ ist eine Population von Urzellen, diese werden sehr früh in der Entwicklung zur Seite gestellt
(beim Menschen ein paar 1000; Schon nach den 1. paar Zellteilungen wird eine Zelle od. eine
Gruppe von Zellen zur Seite gelegt, die sich nicht an der weiteren Entwicklung des Körpers
beteiligt, sondern vorerst nur still liegen bleibt und erst später zu wandern beginnt. In dem
Moment, wo die somat. Zellen des Fötus die Geschlechtesorgane gebildet haben, wandern diese
Keimbahnzellen in die Geschlechtsorgane ein. Sind sie dann in die weiblichen bzw. männlichen
Geschlechtsorgane eingewandert, beginnen sie, unter Meiose Gameten zu bilden.)
⇒ teilen sich sehr selten, da die DNA-Replikation das größte Mutagen darstellt
⇒ die Zellen der Keimbahn sind auch deshalb bedeutsam, weil Mutationen in der Keimbahn anders
als Mutationen im somatischen Gewebe an die Nachkommen weitergegeben werden
→ Kontinuum der Keimbahn:
⇒ Keimbahnzellen erzeugen Gameten, diese fusionieren, erzeugen eine Keimbahn, diese erzeugt Gameten,
diese fusionieren, erzeugen eine Keimbahn, diese erzeugt Gameten,…
⇒ „Der Körper ist nur Träger für die Keimzellen.“ Er sorgt dafür, dass sich Keimbahnzellen erhalten
können. Im Körper erfolgt die Unterscheidung in Keimbahnzellen und Körperzellen schon sehr früh.
→ Was ist die genetische Konsequenz der Unterscheidung zwischen Keimbahnzellen + Körperzellen?
⇒ bei Frauen findet die 1. Meiose schon während der Fötalentwicklung, bei Männern erst mit einsetzten der
Pubertät statt
ABBILDUNG: „the saga of the germ line“ (der Unterschied zw. Keimzellen + somatischen Zellen)
⇒ in jeder Generation gehen aus den Keimzellen sowohl somatische als auch Keimzellen hervor
⇒ die Vererbung erfolgt jedoch nur über die Keimzellen
⇒ eine Mutation die in einer Körperzelle (Mutation dominant) stattfindet, wird nicht vererbt, da sie sich nur auf
einer Körperzelle + nicht auf einer Keimbahnzelle befindet (d.h. Mutationen die nur auf somatischen Zellen
beruhen können an deren Tochterzellen weitergegeben werden, wirken sich aber nicht auf die Keimbahn aus)
⇒ Mutation in einer Keimbahnzelle führen zu einer mutierten Zygote, welche zu mutierten Keimbahnzellen +
mutierten Körperzellen führt.
⇒ somatische Mutationen können vererbt werden, wenn die mutierte Zelle zur Keimzelle wird
⇒ Krebs kann nur vererbt werden wenn sich die Mutation auf einer Keimbahnzelle befindet! (Krebsmutation auf
einem Allel der Zellen)
→ durch diese Erkenntnis, dass Keimzellen weder durch das, was der Körper lernt, noch durch irgendwelche
Fähigkeiten, die dieser während seines Lebens erwirbt beeinflusst werden können + diese Informationen
auch nicht an die nächste Generation weiterreichen können, kam er zu dem Schluß das es keine Vererbung
erworbener Eigenschaften geben kann.
1.2.2.b) haploide Keimzellen + diploide Zygote (Weismanns Keimesentwicklung am Seeigel)
→ Ende 19 Jhd.
→ Weismanns arbeiten am Seeigel haben gezeigt, dass das Ei nach der Befruchtung 2 Kerne enthält
(verschmelzen miteinander)
→ 1 Kern stammt aus dem Ei + 1 Kern aus dem Spermium
→ er schloß daraus, dass die physikalische Grundlage der Vererbung im Kern enthalten sein muß
→ er beobachtete am Seeigel unterschiedliche Zellteilungsformen, die Äquatorialteilung + die Reduktionseilung
(er führte diese Begriffe in der Entwicklungsbiologie ein)
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haploid-diploid-Konzept:
⇒ Kurz darauf wurden die Chromosomen entdeckt + dass die Eizelle + das Spermium die gleiche Anzahl an
Chromosomen beitragen. (bildet die Basis der Vererbungslehre von Gregor Mendel)
⇒ durch die Befruchtung entsteht eine Eizelle (deren Kern enthält Anteile von beiden Eltern; Folgerung: Bei
der Entwicklung kommt es gleichermaßen zur Beteiligung von weiblicher + männlicher Erbinformation.
Beide Eltern sind notwendig + tragen gleich viel bei!)
⇒ Dies führte zur Entdeckung der Reduktionsteilung (= Meiose) + schließlich zum haploid-diploid-Konzept
⇒ Ergebnis:  Es gibt doch etwas das präformiert ist
 Es wird etwas von einer Generation auf die andere übertragen
 Dieses etwas wurde von Weisman als Kernfaktoren bezeichnet.
1.2.2.c) Weismanns Theorie der Mosaikentwicklung
→ Ende 19. Jh.
→ Er stellte sich folgende Frage: „Der Embryo entsteht aus einer Zygote durch Zellteilungen, aber wie entstehen
verschiedene Zelltypen (z.B. Epithel-, Muskelzellen, …) aus dieser homogen wirkenden Zygote?“ ⇒ durch
Differenzierung = Verschiedenwerden von Zellen
→ er nahm an, das sich im Zellkern Faktoren (Determinanten) befänden, die während der Furchung ungleich auf
Tochterzellen verteilt würden + deren zukünftige Entwicklung steuerten (d.h. er nahm an das der Zellkern
der Zygote eine Anzahl von speziellen Faktoren od. Determinanten enthält
→ das Schicksal jeder Zelle wird daher bereits im Ei durch die Faktoren vorherbestimmt, die diese Zelle im
Laufe der Furchungsteilung erhält
→ Weisman hat angenommen, dass die unterschiedlichen Kernfaktoren in der Zygote in einem Kern
nebeneinander vorliegen + dann unterschiedlich bei den Zellteilungen verteilt werden (es kommt zur
Trennung der einzelnen Kernfaktoren; d.h. am Ende hat jede Zelle einen Faktor, der ihr sagt wie sie
auszusehen hat ⇒ also ob sie z.B. eine Leberzelle wird)
→ Diese Theorie von Weisman wird als „Theorie der Mosaikentwicklung“ bezeichnet. (= deterministisches
Model; Mosaikmodell darum, da man das Ei als ein Mosaik ansehen konnte, das aus einzelnen
unterschiedlich verteilten Determinanten besteht.)
d.h.
⇒ bei Mosaikeiern ist das Entwicklungsschicksal der Furchungszellen von Anfang an determiniert, so dass die
Keimesentwicklung nach einem festen Schema abläuft
⇒ es steht also von Beginn an fest, welche Zellen welche Gewebe bilden
⇒ Entsprechend fehlt bei Schnürungsexperimenten dem jeweiligen Wesen der Körperteil, der abgeschnürt
wurde (siehe etwas später)
Determinante: ⇒ ist im Aufbau + in der chem. Zusammensetzung ein noch nicht näher bestimmbarer Faktor
der Keimentwicklung (dieser Faktor ist für die Vererbung + Entwicklung bestimmend)
⇒ auch cytoplasmatische Faktoren bezeichnet
⇒ sind beispielsweise Proteine od. RNAs in der Eizelle + in embryonalen Zellen, die bei der
Zellteilung asymmetrisch verteilt werden (beeinflussen so die Entwicklung der
Tochterzellen)
⇒ steuern in Folge die zukünftige Entwicklung
Kernfaktor: ⇒ ist nicht gleich Gen.
⇒ Die Bezeichnung Kernfaktor bezieht sich auf die Entwicklung (d.h. welche Zellarten entstehen
) + nicht auf die Vererbung.
Furchung: ⇒ cleavage
⇒ 1. Phase der Embryonalentwicklung vielzelliger Tiere nach der Befruchtung, in der sich die
Eizelle schnell in kleine Zellen (Blastomere) aufteilt, ohne größer zu werden.
⇒ die rasche, nicht mit Wachstum verbundene Aufeinanderfolge von Zellteilungen in der
embryonalen Frühentwicklung, durch die aus der Zygote eine Zellkugel wird.
⇒ die Größe des Eies ist ausschlaggebend für die Furchungseigenschaften (je größer es ist umso
schwieriger ist die Zellteilung; je kleiner umso schneller ist die Furchung
Kontrolle der Zellteilung:→ Einzeller teilen sich, wenn sie eine bestimmte Größe erreicht haben + genügend
Nährstoffe vorhanden sind
→ bei menschlichen Zellen bedarf es eines zusätzlichen Signals ⇒
Kontrollpunkthypothese
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1.2.3) Wilhelm Roux (Ende 19. Jh.)
→ von Innsbruck!
→ einer der Pioniere der Entwicklungsbiologie
→ durch Willhelm Roux erhielt Weismanns Theorie 1. Unterstützung durch Experimente
→ er führte Experimente an Froschembryonen durch (Entwicklungsmechanik anhand der Froscheier)
VERSUCH (Abb: „Wilhelm Roux + his hot needle experiment with frogs confirmed Weismann’s nuclear
determinants” ⇒ Roux’ Experiment zu Weismanns Theorie der Mosaikentwicklung)
⇒ er hat die 1. Furchungsteilung eines befruchteten Froscheis abgewartet (2 Zellen waren entstanden)
⇒ eine der beiden Zellen hat er mit einer heißen Nadel zerstört (die andere blieb unverletzt)
⇒ die gesunde Zelle entwickelt sich normal (teilt sich in viele Zellen; dies betrifft aber nur eine Hälfte des
Embryos)
⇒ in der beschädigten Hälfte haben sich nämlich keine Zellen gebildet
⇒ demnach bildet nur die unverletzte Hälfte das Blastocoel (flüssigk.gefüllter Hohlraum, der sich im Inneren der Blastula bildet) aus
⇒ im Neuralstadium (Wirbelentwicklung) hat sich die Hälfte zu einem halben normalen Embryo entwickelt
⇒ er fand schließlich heraus, dass sich die Verbleibende Zelle zu einer gutausgebildeten Halblarve entwickelte
⇒ Roux folgerte das die Entwicklung des Frosches auf einem Mosaikmechanismus basiert (dies war für ihn der
Beweis für Weismans Theorie der Mosaikentwicklung; wenn eine Hälfte entfernt wird, bildet sich nur die
eine hälfte des „Mosaiks“ aus, kann aber die fehlende nicht kompensieren)
Bemerkung zum Versuch:
⇒ hätte Roux bei seinem Experiment die getötete Zelle von der anderen getrennt, währe ein ganzer, aber nur
halb so großer Embryo entstanden
⇒ dadurch das Roux die abgetötete Zelle mit der andern verbunden lassen hat, hat der Embryo nicht „gewusst“
das diese tot war (dadurch hat sich nur ein halber Embryo gebildet)
⇒ Fazit: die Ebene der 1. Furchung war bereits durch das Nieuwkoop-Zentrum gelaufen (die verbleibende
überlebende Zelle entwickelte sich daher nur zu einer Embryohälfte mit halben Zentrum ⇒ näheres zu
Nieuwkoop-Zentrum siehe 6.3.4)
→ mit jeder Spaltung werden die Eigenschaften + das weitere Schicksal der Zellen festgelegt
→ teilt man die Eier horizontal ist der Froschembryo deformiert (→)
→ teilt man vertikal entstehen ganze Frösche! (↓)
1.2.4) Hans Driesch
→ wiederholte das Experiment von Roux mit Seeigeleiern
→ er kam zu völlig anderen Ergebnissen (er hat das genaue Gegenteil herausgefunden)
→ nach diesen Experiment hat er den Versuch mit der Begründung, dass die Ergebnisse nicht wissenschaftlich
erklärbar sind aufgegeben (er hat vor der Komplexität der Entwicklung kapituliert, da er zum Schluß kam,
dass er mit seinen Experimenten zwar zu gewissen Erkenntnissen gelangen konnte, diese jedoch die
Entwicklung nicht wirklich erklärten)
→ danach wurde er ein Neovitalist (= ist eine auf Hans Driesch zurückgehende Lehre von der
Eigengesetzlichkeit des Lebendigen ⇒ hat dies als Gegenkonzept angenommen; es gibt zusätzlich zu dem
körperlichen Vorgängen eine Lebenskraft ⇒ diese Lebenskraft wird als übernatürliche Kraft angesehen, mit
der alleine Entwicklung erklärbar ist ⇒ gleich mit Gott zu setzen; Lebenskraft ⇒ Entelechie: ⇒ was sein
Ziel in sich selbst hat ⇒ die sich im Stoff verwirklichende Form; Aristoteles ⇒ die im Organismus liegende
Kraft, die seine Entwicklung + Vollendung bewirkt)
VERSUCH (Abb: „Hans Driesch’s experiment with sea urchins“; Hans Drieschs Experiment mit einem Seeigelembryo)
⇒ er hat die Zellen nach der 1. Furchungsteilung, also im 2-Zellen-Stadium, mit einem Faden vollständig
voneinander getrennt
⇒ schließlich hat Driesch beobachtet, dass sich aus einer Zelle ein kompletter, wenn auch nur halb so großer
Organismus entwickelte (eine kleine vollständige Pluteuslarve war entstanden; dies war genau das
Gegenteilige Ergebnis zu Roux Experiment)
⇒ was Driesch aber nicht wusste war, das er hiermit die Regulation der Entwicklung entdeckt hatte! (sein
Versuch war somit die 1. Demonstration des Entwicklungsprozesses der heute Regulation bezeichnet wird)
⇒ sein Versuch hat also gezeigt, dass Seeigelembryonen in einem sehr frühen Stadium zur Regulation fähig sind
(sie können sich normal entwickeln, selbst wenn Zellen entfernt od. abgetötet werden)
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Regulation: ⇒ = die Fähigkeit des Embryos, sich normal zu entwickeln, selbst wenn einige Teile entfernt oder
umgeordnet wurden
⇒ wenn ein Teil eines Embryos bei der Entwicklung verloren geht, können andere Teile dessen
Funktion übernehmen und sich gegenseitig ersetzten.
→ früher glaubte man auch, dass organische Chemie nur von der Natur selbst hergestellt werden kann
→ die damaligen Entwicklungsbiologen waren keine Genetiker; sie wollten lediglich die Entwicklung erklären
1.2.4) Hans Spemann + Hilde Mangold (Anfang 20. Jh.)
→ sie entdeckten die Induktion
Induktion: ⇒ = Hereinführung
⇒ wissenschaftliche Methode, vom besonderen Einzelfall auf das Allgemeine, Gesetzmäßige zu
schließen
⇒ von einem bestimmten Keimteil ausgehende Wirkung, die einen anderen Teil des Keimes zu
bestimmten Entwicklungsvorgängen zwingt
⇒ die Beeinflussung der Entwicklung einer embryonalen Zellgruppe durch eine andere (eine
Zellgruppe signalisiert einer anderen wie sie sich entwickeln soll)
⇒ das Signal einer Zellgruppe beeinflusst die Entwicklung einer benachbarten Zellgruppe (ein
Gewebe steuert die Entwicklung eines anderen, benachbarten Gewebes)
→ bevor sie die Induktion entdeckten war die Bedeutung der Interaktionen zwischen den Zellen noch nicht klar
(man wusste durch die Regulation nur, dass die Zellen miteinander wechselwirken mussten)
→ Spemann + Mangold (Assistentin) sind von der Beobachtung von Hans Driesch ausgegangen
→ sie waren der Meinung, dass Regulation die Interaktion von Zellen impliziert
→ Fazit: Die Funktion einer fehlenden Zelle kann nur kompensiert werden, wenn die Zellen miteinander
kommunizieren. (Regulation impliziert Interaktion von Zellen.)
→ sie führten einige Transplantationsversuche durch
→ Transplantation an der frühen Gastrula:
⇒ sie konnten nachweisen, dass sich ein Gewebe nach der Transplantation ortsspezifisch verhält (das
Gewebe verhält sich gemäß der Stelle, an die das Gewebe in die Empfängergastrula verpflanzt wurde;
verhält sich also nicht nach der Herkunftsstelle im Spenderorganismus)
⇒ die Zellen waren in diesem frühen Entwicklungsstadium noch nicht determiniert
→ Transplantation an der späten Gastrula:
⇒ hier ergab sich ein anderer Effekt
⇒ das Transplantat entwickelte sich herkunftsgemäß (das Gewebe war nun determiniert)
DER BEWEIS (Abb: „Regulation implies interaction of cells,… “; Spemanns + Mangolds Demonstration der
Induktion einer neuen Hauptkörperachse in der Amphibiengastrula)
⇒ Spemann + Mangold führten 1924 Transplantationsversuche an Amphibienembryos durch
⇒ ein Teil der Blastoporuslippe (Blastoporus = Urmund) wird auf der entgegengesetzten Seite der Gastrula (aus
2 Zellschichten bestehende becherförmige Embryonalstadium ⇒ folgt auf die Blastula) eines anderen Embryos verpflanzt
⇒ das transplantierte Gewebe induziert eine neue Körperachse, die ein Neuralrohr + Somiten (= Ursegmente)
besitzt
⇒ die Zellen haben in diesem Fall getan was die kleine transplantierte Zellgruppe befohlen hat (das Transplantat
hat die anderen Zellen in ihrer Umgebung angeregt das zu tun wofür es schon vorher programmiert war; die
umgebenden Zellen haben die Information empfangen + darauf hin begonnen das Neuralrohr + die Somiten
zu bilden ⇒ Induktion; das Transplantat hat nicht selbst die Neuralanlagen gebildet ⇒ diese Zellen haben
sich kaum weiterentwickelt, sondern nur die Information an die benachbarten Zellen weitergegeben)
⇒ dies war der direkte Beweis der Zell-Zell-Interaktion (durch diesen Versuch haben sie nachgewiesen, dass es
Kommunikation zw. Zellen gibt)
⇒ die kleine verpflanzte Region nannten sie Organisationszentrum od. Organisator (heute wird diese Region
als Spemann-Organisator bezeichnet)
Spemann-Organisator: ⇒ ist ein zelluläres Organisationszentrum
⇒ ist verantwortlich für die Achsenbildung während der Vertebratenentwicklung
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1.3) DAS AUFEINANDERTREFFEN VON ENTWICKLUNSBIOLOGIE + …
1.3.1) Das Aufeinandertreffen von Genetik + Entwicklungsbiologie
→ als Anfang des 20. Jh. gab es nur wenig Bezugspunkte zw. Embryologie + Genetik
→ als zu dieser Zeit die Mendel’schen Gesetze wiederentdeckt wurden, + die Vererbung wieder eine Rolle zu
spielen begann, hatte man jedoch mehr die Evolution + nicht die Entwicklung im Blick (Entwicklung hat
jedoch sehr viel mit Genetik zu tun; Entwicklungsbiologie integriert sehr viele Teile der
Naturwissenschaften)
→ das Zellverhalten/die Entwicklung wird von Genen gesteuert
→ ein wichtiges Konzept, das schließlich dazu beitrug, Genetik + Embryologie zu verknüpfen, war die
Unterscheidung zw. Genotyp + Phänotyp
→ dieses Konzept wurde Anfang des 20. Jh. von dem dänischen Botaniker Wilhelm Johannsen vorgeschlagen
→ Er hat unterschieden zw. dem was man in Wirklichkeit von den Eltern als genetisches Erbe mitbekommt +
dem was dann als Organismus entsteht.
Genotyp: ⇒ = das Erbbild eines Organismus
⇒ ist die genet. Ausstattung eines Organismus (= genet. Information) die er von seien Eltern erhält
⇒ Gesamtheit der Erbanlagen einer Zelle od. eines Organismus in Form der vorhandenen Allele (=
die Zustandsform eines Gens) (Gesamtheit aller Erbanlagen eines Organismus)
⇒ steuert die Entwicklung
Phänotyp: ⇒ = das Erscheinungsbild (die innere Struktur + Biochemie in jedem Stadium der Entwicklung)
⇒ Summe aller äußerlich feststellbaren Merkmale eines Individuums
⇒ bezieht sich auf morpholgische, physiologische Eigenschaften
⇒ es spiegeln sich auch erworbene Eigenschaften wieder
⇒ Beeinflusst äußere Faktoren zusammen mit dem Genotyp
Genotyp + Phänotyp bei eineiigen Zwillingen
⇒ trotz identischen Genotyps können eineiige Zwillinge deutliche Unterschied ausbilden, wenn sie heranwachsen (Unterschiede werden oft
mit zunehmenden Alter deutlicher)
⇒ man könnte daher das Problem der Entwicklung anhand der Beziehung zw. Genotyp + Phänotyp ausdrücken
⇒ eineiige Zwillinge können den selben Genotyp haben, weil sich während der Befruchtung ein befruchtetes Ei geteilt hat
⇒ das eineiige Zwillinge im Laufe ihres Lebens ein etwas unterschiedliches Aussehen haben, beruht auf außergenetischen Faktoren (⇒
Phänotyp / z.B. Umweltweinflüsse; es ist die Art + Weise wie die genetische Grundausstattung während der Entwicklung umgesetzt wird)
Expression = Übersetzung
→ in der Entwicklungsbio spielen Mutationen eine sehr wichtige Rolle (z.B. Drosophila: anstelle der Fühler ⇒ Beine; Mutantenherstellung
seit Beginn des 19. Jh. ⇒ mit Röntgenstrahlen an Drosophila)
→ 40er Jahre: Entdeckung der DNA als Erbsubstanz
→ 50er Jahre: DNA makes RNA makes protein
1.3.2) Das Aufeinandertreffen von Zellbiologie + Entwicklungsbiologie
→ die Zellbiologie hat einen Satz an Werkzeugen entwickelt, der heute nicht mehr aus der Entwicklungsbio
wegzudenken ist
→ das Zellverhalten wird von den Genen gesteuert (darum verbindet die Zellbiologie die Genaktivität mit den
Entwicklungsvorgängen)
→ Entwicklung läßt sich auf der zellulären Ebene erklären
→ die Zellbiologie stellt die Mittel + Wege zur Verfügung, durch die der Genotyp zum Phänotyp übersetzt wird
1.3.2.a) Green fluorescent protein (GFP)
→ stammt aus einer Qualle
→ strahlt/fluoresziert von sich aus grün, wenn man es bestrahlt
→ fusioniert man dieses Protein mit einem anderen Gen, kann man am lebenden Körper (in vivo) feststellen wo
dieses „Gen“ hinwandert
→ Es wurde von Zellbiologen in die Entwicklunsbio eingebracht
1.3.2.b) GFP am lebenden Organismus
→ bei radioaktiver Markierung ist die Zelle tot
→ konnte mit GFP herausfinden wie Zellen reagieren wenn sie verpflanzt werden
→ Tier: eine Zelle merkt sich, was für ein Zelltyp sie ist, egal an welchem Ort (z.B. verpflanzen einer Leberzelle
an einen andere Ort ⇒ die Zelle bleibt eine Leberzelle)
→ Pflanzen: bei ihnen ist das nicht so (aus einem Organismus herausgenommen wird sie oft sogar zu einem
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Embryo)
1.3.3) Das Aufeinandertreffen von Evolution + Entwicklungsbiologie
→ Wie erklärt sich molekular die Veränderung des Körperbaus in der Evolution?
→ Regulatorgene werden untersucht wie sie sich in den verschiedenen Phasen der Evolution verändert haben
(also wie sieht das hox-Gen bei Drosophila, Frosch, Mensch, … aus?)
2) GRUNDLEGENDE KONZEPTE
Fate Map: ⇒ = Anlageplan
Entwicklungs-/Schicksal
→ beschreibt lediglich in welche Richtung sich eine Zellgruppe im Normalfall entwickeln wird
→ mit der fate map ist allerdings noch nicht gesagt das sich die Zellen z.B. nur zur Netzhaut entwickeln
können (die Zellen sind noch nicht determiniert od. festgelegt)
Differenzierung
→ = das Verschiedenwerden von Zellen (vor allem), Geweben + Organen hinsichtlich Struktur + Funktion
(Spezialisierung)
Determination
→ das Festlegen von Zellen (auf einen bestimmten, nicht leicht umkehrbaren Differenzierungsweg)
→ durch die Determination entstehen Zellen, die oft irreversibel für spezielle Aufgaben festgelegt werden
(Erst so ist es möglich, dass im Rahmen der Keimesentwicklung aus anfänglich gleich aussehenden
Zellen die vielen unterschiedl. Zellen eines vielzelligen Organismus entstehen; z.B. Nervenzellen,…)
→ das Festlegen von embryonalen (undifferenzierten) Zellen auf ein bestimmtes Entwicklungsschicksal
(wird mit fortschreitender Entwicklung des Embryos immer weiter eingegrenzt)
→ eine determinierte Zelle folgt selbst dann ihrer Bestimmung, wenn sie in eine andere Region des Embryos
transplantiert wird.
Totipotenz
→ Fähigkeit einer Zelle, sich zu allen Zelltypen des betreffenden Organismus entwickeln zu können
→ Zelle verhält sich je nach Position im Organismus (bzw. die Zelle kann sich in jeden Zelltyp
differenzieren)
Stammzellen
→ „Stem cells”
→ sind Körperzellen
→ undifferenzierte Zellen in gewissen adulten Geweben (noch nicht spezialisierte Zelle)
→ sind Zellen die sich selbst erneuern
→ können sich zu bestimmten Zelltypen differenzieren
→ aus Stammzellen können durch mitotische Teilung wieder 2 undiffernzierte Stammzellen hervorgehen
(symmetrische Zellteilung)
→ auch zu asymmetrischer Teilung fähig (bei der ist eine Tochterzelle bereits differenziert + nicht mehr
totipotent)
Cell linage
→ = Zellstammbaum (Abstammung)
→ eine bestimmte Zelle im Körper lässt sich auf eine bestimmte Embryozelle zurückführen (erinnert sich
wo sie herkommt) (Untersuchungen bei C. Elegans → siehe Modellorganismen)
→ Bsp: Teilt sich z.B. eine Leberzelle, so wird sie sich immer weiter + weiter teilen, ohne dabei jemals
etwas anderes zu werden als eine Leberzelle. Das bedeutet, dass die Identität der Leberzellen bei
jeder Zellteilung erhalten bleibt. Das nennt man cell lineage. Sie ist Ausdruck dessen, dass es bei
tierischen Zellen eine Art Erinnerung daran gibt, was sie vorher einmal waren.
Lage- + Richtungsbezeichnungen lateral: zur Seite hin liegend
dorsal: rückenwärts
ventral: bauchseitig bzw. am Bauch gelegen
anterior: vorn liegend (Kopf)
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posterior: hinten liegend (Schwanz)
2.1) ENTWICKLUNG UMFASST
1) Zellteilung
2) Formänderung (Morphgenese)
3) Musterbildung
4) Zelldifferenzierung
5) Wachstum
6) Entwicklung
2.1.1) Zellteilung
→ auch Proliferation genannt („Wucherung des Gewebes durch Zellvermehrung“)
→ folgt auf die Befruchtung (= eine Periode schneller Zellteilung ⇒ aus dem Ei entstehen mehrere kleine Zellen
)
→ diese Teilungen werden auch Furchungsteilungen genannt
→ im Unterschied zur Proliferation + des Wachstums eines Gewebes nimmt die Zellmasse bei diesem
Teilungsvorgang nicht zu
→ während der Furchungsteilungen besteht der Zellzyklus nur aus Phasen der DNA-Replikation, Mitose +
Zellteilung
→ während der Furchungsteilungen teilt sich der Embryo in eine Anzahl von Zellen (enthalten jeweils eine
Kopie des Genoms)
2.1.1.a) Furchung
→ als Furchung bezeichnet man die Zellteilung durch Abschnürung bei Zygoten (befruchtete Eizelle) am Beginn
der Embryogenese (= Embryonalentwicklung) von vielzelligen Tieren (dabei vergrößert sich der Embryo
nicht ⇒ es bildet sich nach einer großen Anzahl von Furchungen eine dicht mit Zellen gefüllte Kugel; die
bei der Furchung entstandenen Zellen nennt man Blastomeren)
→ die Größe des Eis ist ausschlaggebend für die Furchungseigenschaften (je größer es ist umso schwieriger ist
die Zellteilung ⇒ je kleiner umso schneller ist die Furchung)
→ die 2. Zellteilung beginnt schon bevor die erste abgeschlossen ist, das führt zu einer Polarität der Zelle (im
animalern Teil/oben sind schon viele Zellen vorhanden, der vegetative Teil/unteren hinkt nach ⇒ Großteil
von Dotter ist dort, Speicherstoffe)
→ Es kommt hier aber zu keinem Wachstum (es werden immer nur Zellen produziert, die insgesamt so groß
sind, wie die ursprüngliche Eizelle; das Wachstum erfolgt in G1- + G2-Phase der Interphase ⇒ bei den
Furchungsteilungen gibt es nur M- + S-Phase)
→ wenn alle Teilungen abgeschlossen sind, erkennt man das Blastocoel/Höhle (ist schon sehr früh „angelegt“ ⇒
schon in der ersten Teilung)
→ Ein Hühnerei ist eine Zelle!!
→ Froschei: großes, freiliegendes Ei
2.1.1.b) Zellteilung am Bsp. des Seeigels + bei Säugetieren
→ Seeigel: ⇒ die Teilungen erfolgen in die gleiche Richtung (d.h. Teilung erfolgt symmetrisch; somit entsteht
eine Radialsymmetrie)
⇒ bei ihnen sind die Furchungen immer synchron
→ Säugetiere: ⇒ bei ihnen sind die Teilungen asymmetrisch (d.h. horizontal + vertikal)
⇒ dadurch sind die Teilungen langsamer
⇒ dies führt zu einer Rotationsfurchung
⇒ weiters erfolgen die Teilungen bei Säugern teilweise asynchron (die Zellen liegen näher
beieinander, sind kompakter, dadurch ist die „Höhle“ kleiner)
2.1.2) Musterbildung
→ ist auch schon eine Form der Morphogenese
→ hier wird innerhalb des Embryos ein räumliches + zeitliches Muster von Zellaktivitäten aufgebaut (es entsteht
eine geordnete Struktur)
→ ein Muster ist die nicht zufällige Verteilung von Strukturen
→ In der Entwicklungsbiologie wird der Begriff „Muster“ spezifisch verwendet als nicht zufällige Verteilung
von Zelltypen in einzelnen Organen od. im Körper
→ Musterbildung beinhaltet demnach die räumliche Organisierung sich differnzierender Einheiten zu einem
Übergeordneten Ganzen
→ das resultierende System besitzt Organisation + bildet eine Gestalt
→ Bsp: der Prozeß der Musterbildung führt dazu das die Zellen wissen ob sie eine Niere werden od. ein Arm
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(eine Niere z.B. hat eine spezifische Form)
%
→ bei der Musterbildung wird zunächst der gesamte Körperbauplan festgelegt
→ die entscheidenden Achsen des Embryos werden definiert (wo sich anterior + posterior sowie dorsale +
ventrale Seite befindet; bei allen vielzelligen Organismen kann man zumindest eine Hauptkörperachse
erkennen)
→ im nächsten Stadium der Musterbildung bei Tierembryonen werden die zellen auf die unterschiedlichen
Keimblätter verteilt
anterio-posteriore Achse: ⇒ = Längsachse
⇒ Achse, die Kopf- (anterior) + Schwanz (posterior)-Ende eines Tieres definiert
⇒ bei Pflanzen ist anterio-posterior die Wachstumsspitze bis zur Wurzel
Dorsoventralachse: ⇒ Achse, die das Verhältnis zwischen Ober- od. Rückenseite (dorsal) + Unter- od.
Bauchseite (ventral) eines Organismus od. einer Struktur definiert
⇒ der Mund befindet sich immer ventral
(genaueres zu den Körperachsen siehe 6.1)
Keimblätter: ⇒ Ektoderm (Wirbeltiere: Haut, Nervensystem / Insekten: Darm)
⇒ Mesoderm (Wirbeltiere: Skelett, Muskel, Niere, Herz, Blut / Insekten: Muskel, Herz, Blut)
⇒ Entoderm (Wirbeltiere: Darm, Leber, Lungen / Insekten: Cuticula, Nervensystem)
⇒ näheres siehe 6.7.1
2.1.3) Morphogenese (Formänderung)
→ Formgebung, Gestaltbildung, auf der komplexen Ebene der Organe + des gesamten Organismus
→ Entwicklung von Körperform + Körperbau während der Ontogenese (= Embryonalentwicklung eines
Lebewesens)
→ Begriff bezieht sich sowohl auf die beobachtbaren strukturellen Veränderungen im Prozess als auch auf die
Mechanismen, die ihm zugrunde liegen (Muster, Wachstum, Entwicklung)
→ Bezeichnung für die Gestaltbildung im sich entwickelnden Embryo
→ die auffallendste Formänderung ist die Gastrulation (hier bildet sich nicht nur der Darm, es beginnt sich
auch der Bauplan des Körpers in den Grundzügen abzuzeichnen)
→ durch Zellwanderung + Änderung der Zellform entstehen die physikalischen Kräfte, welche die
Morphogenese herbei führen
2.1.4) Zelldifferenzierung
→ hier entwickeln sich die Zellen strukturell + funktionell unterschiedlich
→ sie werden zu völlig unterschiedlichen Zelltypen (z.B. Blut-, Muskel- od. Hautzellen)
→ = ein gradueller (allmählicher/stufenweiser) Prozeß (Zellen durchlaufen dabei –von Anfang bis Endemehrere Teilungen)
→ Musterbildung + Zelldifferenzierung sind sehr eng miteinander verknüpft (beide enthalten exakt die gleichen
Zelltypen wie z.B. Muskel od. Knochen; dennoch zeigt die Art, wie sie angeordnet sind, deutliche
Unterschiede; denn im Grunde ist es die Musterbildung warum wir uns anders entwickeln als Elefanten)
2.1.5) Wachstum
→ ist die Größenzunahme
→ während der frühen Embryonalentwicklung ist das Wachstum nur gering (Grundmuster + Form des Embryos
werden bereits früh bei einer Größe von nur wenigen mm festgelegt)
→ ist die Volumen- +/od. Massezunahme des Organismus (kann durch Zellvergrößerung + Zellvermehrung
hervorgerufen werden)
→ später in der Entwicklung gehört zum Wachstum auch Zellproliferation (dadurch kann auch die Entgültige
Form beeinflusst werden indem bestimmte Teile des Körpers mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
wachsen)
⇒ die 5 Entwicklungsprozesse sind weder voneinander unabhängig, noch folgen sie einander in strikter
Reihenfolge
⇒ generell kann man die Musterbildung in der frühen Entwicklung als einen Vorgang sehen, der zu einer
unterschiedlichen Entwicklung der Zellen + damit zu einer Änderung der Form, der Zelldifferenzierung +
des Wachstums führt
⇒ in jedem Entwicklungssystem gibt es allerdings zahlreiche Abweichungen in der Abfolge der Ereignisse
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2.1.6) Entwicklung
→ Entwicklung ist die Summe der artspezifischen Form- + Funktionsänderungen im Verlauf des individuellen
Lebenszyklus (Ontogenie → Ontogenese: die Entwicklung des Individuums von der Eizelle zum
geschlechtsreifen Zustand).
→ Entwicklung besteht aus Wachstum, Differenzierung + Morphogenese.
2.2) DAS ZELLVERHALTEN
→ über das Zellverhalten sind Genaktivität + Entwicklungsprozesse miteinander verknüpft
→ Zellverhalten bedeutet die Änderungen des Zellstatus/Genaktivitätsmusters, Signalübertragung von Zelle zu
Zelle, Veränderungen in Form + Bewegung, Proliferation + Zelltod
→ die Wechsel in der Genaktivität während der frühen Entwicklung sind notwendig für die Musterbildung
(dadurch erhalten die Zellen ihre jeweilige Identität ⇒ legt das zukünftige Verhalten fest + führt zu ihrer
entgültigen Differenzierung)
→ Zellen können das Schicksal anderer Zellen beeinflussen, indem sie Signale geben + beantworten
→ der programmierte Zelltod (Apoptose) ist ebenfalls ein normales Bestandteil in der Entwicklung (Bsp. bei der
Entwicklung der Hände + Füße trägt er dazu bei, aus zusammenhängenden Gewebeschichten Finger +
Zehen zu modellieren)
→ die Entwicklungsporzesse können anhand einzelner Zellen od. Zellgruppen beschrieben + verstanden werden
2.2.1) Gene steuern das Zellverhalten
→ Gene steuern das Zellverhalten, indem sie die Proteine kontrollieren, die eine Zelle erzeugt (dadurch
entstehen spezif. Eigenschaften der Zellen; z.B. Rote Blutkörperchen können durch Hämoglobin Sauerstoff
transportieren od. Skelettmuskelzellen besitzen bestimmte Prot. um sich zusammen ziehen zu können)
→ es gibt so gesehen 2 Arten von Proteinen:
⇒ auf der einen Seite gibt es Proteine die die Haushaltsfunktionen der Zelle aufrecht erhalten (sind nötig
um die Zelle am Leben zu erhalten; sie spielen aber keine wichtige Rolle bei der Entwicklung)
⇒ für die Entwicklung sind gewebsspezifische Proteine von Bedeutung (durch sie unterscheiden sich
Zellen voneinander)
→ Gene steuern die Entwicklung hauptsächlich dadurch dass sie festlegen, wann welche Proteine in welchen
Zellen produziert werden (dazu werden bestimmte Gene an od. abgeschaltet)
2.2.2) Entwicklung wird durch differenzierte Genexpression gesteuert
→ alle somatischen Zellen entstammen einer befruchteten Eizelle (hat nach + nach eine Reihe von mitotischen
Zellteilungen durchlaufen)
→ sie Zellen enthalten daher (bis auf einige Ausnahmen) alle die gleiche genetische Information der Zygote
→ die Unterschiede der Zellen beruhen auf eine unterschiedliche Genaktivität (es werden zu einem gewissen
Zeitpunkt die richtigen Gen an- + abgeschaltet)
2.2.3) Entwicklung ist fortschreitend + das Schicksal der Zellen wird zu verschiedenen Zeiten festgelegt
→ der Embryo nimmt an Zellen zu
→ mit fortschreitender Entwicklung nimmt auch die Komplexität des Embryos immer mehr zu (d.h. Zunahme an
organisatorischer Komplexität des Embryos)
→ durch diese organisatorische Komplexität entsehen:
⇒ verschiedene Zellformen/viele Zelltypen entstehen (sind zuerst gleichnamige Zellen)
⇒ räumliche Muster werden gebildet
⇒ die Gestalt beginnt sich grundlegend zu verändern (dramatische Formveränderungen; sind
graduell/erfolgen stufenweise; im Laufe der Individualentwicklung kann sich ein Lebewesen sehr
verändern; z.B. Metamorphose bei Insekten ist eine besonders starke Formveränderung;
Generationswechsel bei Pflanzen)
→ bei der frühen Embryonalentwicklung sind die Veränderungen allgemeine Ordnungsprinzipien (die
Aufteilung erfolgt zunächst in größeren Bereichen/Regionen ⇒ die Achsen des Embryos werden definiert
⇒ anterior + posterior, dorsale + ventrale Seite sowie links + rechts; Keimblätter werden festgelet)
→ die späte Embryonalentwicklung kann graduell sein (das Schicksal der Zellen innerhalb der Regionen wird
immer feiner festgelegt ⇒ z.B. Mesoderm beginnt sich zu Muskelzellen, Knochenzellen, Knorpelzellen
usw. zu differenzieren)
→ so stellt die Determination eine stabile Veränderung des internen Zustands der Zelle dar
→ Eine Gruppe von Zellen wird als spezifiziert/eingeteilt bezeichnet, wenn sie sich isoliert + in Kultur
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genommen im neutralen Umfeld eines einfachen Kulturmediums außerhalb des Embryos im großen +
ganzen entsprechend ihres normalen Schicksals entwickelt
Bsp: ⇒ anhand der Amphibienblastula
⇒ die Zellen des einer Amphibienblastula sind spezifiziert, Ektoderm (vor allem am Aufbau der
Epidermis beteiligt) zu bilden
⇒ wenn man diese Zellen isoliert werden sie zur Epidermis (bedeutet jedoch nicht, dass derart
spezifizierte Zellen zwangsläufig auch determiniert sind ⇒ ihr normales Schicksal kann sich noch
durch den Einfluß anderer Zellen verändern!)
⇒ anhand von Transplantationsexperminenten kann man den Grad der Determination von Zellen in einem
bestimmten Stadium zeigen
ABBILDUNG:
„Cell fate, Determination + Spezifikation“ (Der Unterschied zw. Zellschicksal, Determination + Spezifizierung)
⇒ normales Schicksal: das 1. Bild zeigt den Anlageplan mit Region A + B, + wie sich die Zellen im Normalfall
entwickeln würden (die Regionen differenzieren sich schließlich zu unterschiedliche
Zellsorten)
⇒ Bereich B ist nicht determiniert: bringt man nun Gewebe vom Reg. B in Kontakt mit dem Reg. A wird es statt
B-Zellen A-Zellen bilden (Zellen sind noch nicht determiniert)
⇒ Bereich B ist determiniert: bringt man das Gewebe von Reg. B in einem späteren Zeitpunkt in Kontakt mit
Reg. A bilden sich die Zellen trotzdem zu B-Zellen (Zellen sind determiniert)
⇒ sind die Zellen in Reg. B spezifiziert werden sie trotzdem zu B-Zellen auch wenn sie vom Rest des Embryos
isoliert sind (d.h. spezifiziert bedeutet das Zellen auf ein bestimmtes Schicksal festgelegt wurden, dieses
aber durch andere Einflüsse noch geändert werden kann)
„Gastrula-Neurula“ (Zeitverlauf der Determination der Augenregion in der Amphibienentwicklung)
⇒ verpflanzt man die ektodermalen Zellen die das Auge bilden in einem frühen Zeitraum auf die Seite des
Körpers werden sich diese Zellen zu Mesodermzellen, wie der Chorda + Somiten, entwickeln (Zellen
werden von einer Gastrula in eine Wirtsneurula verpflanzt; hier waren die Zellen nur spezifiziert)
⇒ führt man die gleiche Operation zu einem späteren Zeitpunkt durch, dann wird die zukünftige Augenregion
Strukturen bilden die für ein Auge typisch sind (Zellen werden von einer Neurula in eine Wirtsneurula
verpflanzt; Zellen waren bereits determiniert)
→ Vermutlich erfolgt die Determination dadurch, dass in der Zelle andere Gene exprimiert werden (auf diese
Weise wird das Schicksal der Zelle festgelegt od. eingeengt ⇒ hat dadurch nur noch reduzierte
Entwicklungsmöglichkeiten)
2.2.4) Mosaik- bzw. Regulationsentwicklung + Zell-Zell-Interaktion/Kommunikation
2.2.4.a) Mosaikentwicklung (siehe auch 2.3.3)
→ ersten Versuche dazu von Wilhelm Roux (Weismann stellte die Theorie auf)
→ bei dieser Entwicklung sind die Zellen der Embryonen schon in einem sehr frühen Stadium od.
möglicherweise schon in der Eizelle determiniert (die Keimesentwicklung läuft somit in einem festen
Schema ab)
→ die Entwicklung läuft streng nach fate map ab
→ bei solchen Embryonen sind die Zell-Zell-Interaktionen unter Umständen stark eingeschränkt (d.h. es gibt
wenig Kommunikation)
→ bei Schnürungsexperimenten fehlt dem jeweiligen Wesen der Körperteil der abgeschnürt wurde
2.2.4.b) Regulationsentwicklung (siehe auch 2.3.2)
→ 1. Versuch von Hans Driesch
→ das Entwicklungspotential der Zellen übersteigt das normale Schicksal bei weitem (d.h. das
Entwicklungspotential einer Zelle ist größer als das, das sie bei normaler Entwicklung des Embryos zeigt)
→ es herrscht viel Zell-Zell-Interaktion (viel Kommunikation)
→ Bsp Seeigelembryo ⇒ die Zellen im 2-Zell-Stadium scheinen noch nicht determiniert zu sein (jede der beiden
Zelle hat das Potential eine vollständige neue, wenn auch kleinere, Larve zu bilden)
→ zu dieser Gruppe zählen auch die Wirbeltiere (die Embryonen sind zu beträchtlichem Ausmaß an Regulation
fähig)
→ beide Strategien sind extreme
→ diese beiden Entwicklungsstadien sind nicht immer deutlich voneinander abzugrenzen (die Unterscheidung
hängt zum Teil von dem Zeitpunkt ab, an dem die Determination stattfindet ⇒ bei Mosaiksystemen
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geschieht dies schon sehr viel früher)
2.2.4.c) Zell-Zell-Interaktionen
→ 1. Versuche Spemann + Mangold
→ die Zell-Zell-Interaktion bringt die Unterscheidung zw. Regulations- + Mosaikembryonen zum Ausdruck
→ wie schon erwähnt sind Interaktionen für die Regulation zw. den Zellen unbedingt erforderlich (Mängel
können so erkannt + behoben werden)
→ Zell-Zell-Interaktionen kommen durch das Vorhandenseins eines Rezeptors + eines Signaltrasduktionsweges
od. Transkriptionsfaktors zustande (von diesen Faktoren ist ein Signal abhängig)
→ ein Signal kann nie vollständig instruktiv/aufschlussreich sein (das Signal müsste die ganze Information
liefern, die notwendig währe, um die Veränderung hervorzurufen)
→ ein Signal ist gewöhnlich selektiv (enthält nicht die ganze Information; das Signal kann daher in
verschiedenen Situationen genutzt werden; die Evolution ist faul)
Kompetenz:⇒ ist die zeitlich begrenzte Reaktionsbereitschaft von Zellen gegenüber einem bestimmten
Entwicklungsreiz
⇒ die Kompetenz einer Zelle bestimmt größtenteils, wie sich die Zelle entwickelt (die Kompetenz
ist gewöhnlich begrenzt)
⇒ eine Zelle muß kompetent/fähig sein auf ein bestimmtes Signal zu reagieren (Bsp: ein geeigneter
Rezeptor + Transduktionsmechanismus muß vorhanden sein, od. es müssen auch bestimmte
Transkriptionsfaktoren vorliegen ⇒ werden für die Genaktivierung benötigt)
⇒ die Kompetenz für eine bestimmte Reaktion kann sich mit der Zeit ändern
Induktion:
⇒ von einem bestimmten Keimteil ausgehende Wirkung, die einen anderen Teil des Keimes zu bestimmten Entwicklungsvorgängen zwingt
⇒ das Signal einer Zellgruppe beeinflusst die Entwicklung einer benachbarten Zellgruppe
ABBILDUNG: „Übertragung von Signalen“
⇒ ein induziertes/hervorgerufenes Signal kann auf 3 Arten von Zelle zu Zelle übertragen werden:
1) Diffusion (das Signal wird durch einen extrazellulären Raum weitergeleitet; Rezeptorproteine in der
Plasmamembran empfangen das Signal ⇒ wird anschließend durch intrazelluläre Systeme
weiter übertragen)
2) direkten Kontakt (auch hier empfangen Rezeptorproteine das Signal)
3) Gap Junction (sind spezialisierte Proteinporen ⇒ die Plasmamembranen liegen hier aneinander; dienen
als direkte Kommunikationskanäle zw. dem Cytoplasma benachbarter Zellen ⇒ kleine
Moleküle können direkt hindurchwandern)
2.3) MUSTERBILDUNG
2.3.1) Muster
→ ein Muster ist der Erwerb spezifischer, nicht zufällig verteilter Zellidentitäten durch eine vorher homogene
Gruppe an Zellen
→ es gibt 2 Arten wie Muster entstehen können:
1) Zellidentität regulativ durch interzelluläre Gradienten. (French flag analogy)
2) Zellidentität mosaikartig durch intrazelluläre Gradienten (Polarität, asymmetrische Zellteilung).
2.3.2) Muster, Positionsinformation + die „French flag analogy“
→ wie ein Muster entsteht läßt sich durch die französische Flagge veranschaulichen
→ die franz. Flagge hat ein einfaches Muster (⅓ Blau, ⅓ Weiß, ⅓ Rot in einer Reihe)
→ die Flagge gibt es in vielen verschiedenen Größen (aber immer mit dem selben Muster)
→ die franz. Flagge ist ein Modell für das Regulationsvermögen (durch das stetige Muster kann man sie daher
als Modell für das Regulationsvermögen eines Embryos ansehen)
→ der Mechanismus den eine Zellreihe annimmt, um das Muster einer franz. Flagge zu bilden, ist der, dass die
Zellen eine Positionsinformation erhalten (d.h. sie erhalten eine Identität/einen Positionswert)
→ der Positionswert ist davon abhängig, wie weit die Zellen von den beiden Enden der Zellreihe entfernt sind
→ haben die Zellen nun ihren Positionswert erhalten, setzen sie diese Information um, indem sie sich gemäß
ihres genetischen Programms differenzieren (sozusagen wird die Reihe im linken ⅓ Blau, im mittleren ⅓
Weiß, usw.…)
→ Musterbildung aufgrund von Positionsinformation bedeutet, dass es zumindest 2 unterschiedliche Stadien gibt
1) der Positionswert in bezug auf eine Grenze muß spezifiziert werden
2) danach folgt die Interpretation
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→ die Trennung dieser beiden Prozesse hat eine wichtige Konsequenz:
„Es muß keine festgesetzte Beziehung zwischen den Positionswerten + ihrer Auslegung geben“
→ Je nach den gegebenen Umständen kann der gleiche Satz von Positionswerten zur italienische Flagge od.
einem andern Muster führen (die Interpretation der Positionswerte hängt davon ab, welche genet.
Instruktionen in der entsprechenden Zellgruppe vorliegen ⇒ wird auch von der Entwicklungsgeschichte
beeinflusst)
→ das Modell der franz. Flagge verdeutlicht 2 wichtige Eigenschaften die auch bei der Entwicklung von
Lebewesen eine Rolle spielen:
1) es entsteht auch dann noch das korrekte Muster, wenn die Länge der Reihe variiert ( Voraussetzung: die
Grenzen des Systems müssen durch jeweils konstante unterschiedliche Morphgenkonzentrationen
genau definiert sein)
2) das System kann auch dann das komplette Originalmuster erzeugen wenn es in 2 Hälften geteilt wird
(Voraussetzung: die Konzentrationen an den Grenzen müssen wieder hergestellt werden)
→ das System der franz. Flagge ist also wirklich regulativ
ABBILDUNG: „Die French-flag-Analogie“ (Das „Tricolore“-Modell der Musterbildung)
⇒ wie schon erwähnt hat jede Zelle das Potential, blau, weiß od. rot zu werden
⇒ eine Zellreihe kann durch eine Vielzahl von Mechanismen festgelegt werden
⇒ die einfachste Möglichkeit ist ein Gradient aus irgendeiner chem. Substanz
⇒ wird nun die Zellreihe einem Konzentrationsgradienten irgendeiner Substanz ausgesetzt, erhält jede Zelle
einen Positionswert
⇒ nimmt nun die Konzentration von einem Ende der Zellreihe zum anderen ab, dann bestimmt die
Konzentration dieses Stoffes die Position einer beliebigen Zelle (jede Zelle interpretiert dann den
Positionswert, den sie bekommen hat, + wird nach einem festgelegen genet. Programm blau, weiß od. rot)
⇒ die Grundvoraussetzung für dieses System ist, dass die Konzentration der Substanz an jedem Ende des
Gradienten unterschiedlich, jedoch jeweils konstant bleiben muß (so ist die Grenze des Systems definiert)
⇒ jede Zelle muß also die nötige Information enthalten, um die Positionswerte interpretieren zu können (die
Interpretation der Positionswerte beruht auf den unterschiedlichen Schwellenwerten gegenüber
verschiedenen Konzentrationen des Morphogens)
Morphogene: ⇒ sind die Substanzen (Singalstoffe), welche die Entwicklung von Zellen auf diese Weise
beeinflussen können (beeinflusst durch Konzentrationsunterschiede)
⇒ Eine Substanz, dessen Konzentration sich ändert + das in die Bildung eines Musters involviert
ist.
⇒ eine Morphogenquelle befindet sich an einem Ende + eine Senke am anderen (die
Konzentration muß an beiden Enden Konstant gehalten werden, aber verschieden ein; das
Morphogen vermittelt während es die Zellreihe hinunterdiffundiert, an jedem Punkt eine
exakte Positionsinformation)
Schwellenwertkonzentration:
⇒ die Zellen müssen im Stande sein auf Schwellenwertkonzentrationen des Morphogens reagieren zu
können (die Zellen oberhalb einer gewissen Konzentration müssen blau sein, unterhalb dieser
Konzentration weiß…)
⇒ der Schwellwert ist die Zahl an Rezeptorstellen, die mit Signalmolekülen besetzt sind od. er ist die
Menge an aktivierten Transkriptinsfaktoren
2.3.3) French flag: 2-dimensional (Lateralinhibition)
→ das vorhin beschriebene Modell der French flag war 1-dimensional
→ durch Laterlinhibition (laterale Hemmung) jedoch können räumliche Muster entsehen (dadurch kann ein 2dimensionales Muster erzeugt werden; Inhibitor = Hemmstoff)
→ bei einer Gruppe von Zellen besitzt jede das Potential sich auf eine bestimmte Art zu differenzieren (z.B. zu
Federn)
→ Zellen die nun mit der Bildung von Federn beginnen, hindern sofort angrenzende Zellen daran das gleiche zu
tun (man könnte dies mit Bäumen im Wald vergleichen, die Abstände bilden aufgrund von Konkurrenz um
Sonnenlicht + Nährstoffe; durch die Lateralinhibition können für das Muster bestimmte Abstände
vorgegeben werden ⇒ durch den Inhibitor können Muster mit regelmäßigen Abständen entstehen)
→ bei Embryonen kommt es durch das Abgrenzen von Zellen zur Lateralinhibition (die Zelle die sich gerade
differenziert sezerniert/absondern einen Hemmstoff ; dieser wirkt an Ort + Stelle auf die benachbarten Zellen
ein + hindert sie die gleiche Entwicklung einzuschlagen)
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2.3.4) cytoplasmatische Lokalisation + asymmetrische Zellteilung
→ asymmetrische Zellteilung ist ein Teil des Mosaikkonzepts
→ cytoplasmatische Lokalisation + asymmetrische Zellteilung sind ein weiterer Mechanismus der Zelle eine
Identität zu verleihen
→ die Teilungen führen unabhängig von Einflüssen aus der Umgebung zu Tochterzellen mit jeweils
unterschiedlichen Eigenschaften (es ist allein die Abstammung/der Zellstammbaum + nicht die Umgebung,
die über die Eigenschaften entscheidet)
→ bei einer asymmetrischen Teilung werden cytoplasmatische Faktoren ungleich Verteilt (führt zu
Unterschieden in der Zellentwicklung; Abb: „Zellidentität durch asymmetrische Lokalisation“)
→ damit eine franz. Flagge entstehen könnte müssten verschiedene Faktoren in der Zelle gleich verteilt sein (ist
aber bei der asymmetrischen Teilung nicht der Fall)
→ hier sind aber keine Interaktionen zw. den Zellen erforderlich, da das Schicksal bereits von Anfang an fest
steht
→ solche extrem Bsp. sind in der Natur zwar nicht bekannt (gibt aber viele Fälle, bei denen sich Eizellen od.
Zellen so teilen, dass ein cytoplasmatischer Faktor ungleich auf die beiden Tochterzellen verteilt wird ⇒
entwickeln sich daher unterschiedlich; Bsp: die Furchungsteilung des Nematiodeneies)
3) TIERE + PFLANZEN:
UNTERSCHIEDLICHE STRATEGIEN DER ENTWICKLUNG
(eine Gegenüberstellung)
HÖHERE TIERE
→ wenig umweltaktiv
⇒ ein Tier kann weglaufen (kann sich seine
Umwelt aussuchen)
→ aktive Ortsveränderung
→ begrenzte Lebensdauer
⇒ eine Maus z.B. hat ein begrenztes Leben
→ keine Zellwand
⇒ aus extrazelluläre Matirx (augebaut aus
Proteinen + Kohlenhydraten; = GlykosaminGlykane)
⇒ gap junction, tight + anchoring
→ Zellwanderung
⇒ so wie Tiere wandern können auch ihre Zellen
wandern
→ viele Zelltypen
(ein Gewebe besteht aus vielen Zellen, die aber
alle ein + demselben Zelltyp angehören)
→ begrenzte Zellteilungsfähigkeit
→ wenig post-embryonale Entwicklung
HÖHERE PFLANZEN
→ stark umweltaktiv
⇒ muß sich Trockenheit, Wetter, Klima, usw.
anpassen können
→ sessil
→ potentiell unbegrenzte Lebensdauer
⇒ sterben eher durch Umstände bzw. Unfälle
→ Zellwand
⇒ aus Gylkanen (aufgebaut aus Kohlenhydraten +
Proteinen)
⇒
Symplast (Transport zw. den Zellen;
Verbindung durch Plasmodesmen), Apoplast
(Stofftransport außerhalb der Zellen)
→ Zellen sind sessil
⇒ so wie Pfl. sessil sind (bilden eine Art Klon;
kleben aneinander)
→ wenig Zelltypen
(3 Gewebesysteme: Epidermis, Parenchym,
Leitgefäße)
→ unbegrenzte Teilungsfähigkeit
→ rudimentärer Körperplan (viel post-embryonale
Organogenese)
⇒ die Pfl. wächst in dem immer wieder ein Teil
hinzu wächst (der Embryo bildet zunächst eine
Wurzel, keimt anschließend nach oben aus)
⇒ der Organismus wird mehr od. weniger in der
Gestalt geboren, die ihn auch später als
Erwachsenen ausmacht (kommen mit komplett
ausgestatteten Organen auf die Welt)
⇒ z.B. Maus, Mensch od. Fisch sehen sehr
⇒ haben alle die gleiche Grundstruktur
unterschiedlich aus
→ gleichzeitige Entwicklung
→ sequentielle Entwicklung der Organe
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⇒ Organe entwickeln sich vor der Geburt relativ
⇒ Organe wachsen modulartig (z.B. Phytomer)
gleichzeitig
→ Gewebshomöostasie
→ keine Gewebshomöostasie
(Homöostasie = Gleichgewicht)
⇒ Gleichgewicht der Zellneubildung + -sterbens
⇒ da gibt es das nicht, dass Zellen einfach
(z.B. Lederhaut hat eine gewisse Lebensdauer;
absterben (= ein vollkommen anderes Konzept
danach stirbt sie programmiert ab; wird der
der Entwicklung)
Ablauf gestört  Krebs)
⇒ Bildung differenzierter Zellen aus Stammzellen
⇒ Neubildung von Geweben + Organen an
Meristemen
⇒ programmierter Zelltod (Apoptose)
⇒ programmiertes Organsterben
→ cell lineage (Zellstammbaum)
→ keine cell linage
⇒ besitzen eine Keimbahn
⇒ keine Keimbahn
⇒ es gibt eine Erinnerung daran was sie vorher
⇒ kann sich nicht daran erinnern (isoliert man eine
waren (z.B. eine Leberzelle bleibt immer eine
pfl. Zelle, so dedifferenziert sie sich + wird
Leberzelle)
quasi zu einer Zygote  regeneriert dann
wieder einen ganzen Organismus)
→ Determination durch Position + Geschichte der → Determination durch Position der Zelle (inäquale
Zelle (cell linage)
Zellteilung)
→ wenig Dedifferenzierung
→ viel Dedifferenzierung
⇒ tier. Zellen besitzen cell linage + sind
⇒ die Entwicklung einer pfl. Zelle hängt sehr stark
Positionsabhängig (was Dedifferenzierung
von der Position der Zelle im Organismus ab
relativ schwierig macht)
(das Schicksal der Zelle wird somit durch die
Faktoren der Umwelt bestimmt)
→ schwierige Reprogrammierung von Zellen zu → leichte Reprogrammierung (Reprogrammierung =
Totipotenz
quasi Unterkategorie zu Dedifferenzierung)
⇒ Rerogrammierung bedeutet die Neudifferenzier⇒ weil eine Pfl. sich leicht dedifferenziert läßt sie
ung in eine andere Richtung (da sich tier.
sich auch leicht zu einem komplett anderen
Zellen nun einmal nicht so leicht defferenzier.
Zelltyp umprogrammieren
lassen, ist eine Reprogrammierung schwierig)
→ viel intrazelluläre Kommunikation
→ wenig intrazelluläre Kommunikation
→ viele Hormone
→ wenig Hormone
→ viele Formen an Krebs
→ nur 2 Formen an Krebs
⇒ bei Tieren nicht so (wenn z.B. die Zellen der
⇒ die 2 Formen werden hervorgerufen durch das
Leber zu groß werden –Leber ist dann zu großBakterium agrobacterium tumefaciens (ein
kann das vom tier. Körper nicht toleriert
Bodenbakterium; es gibt nur 2 Formen weil
werden)
das etwas mit der Größe der Plastizität zu tun
hat; es macht nichts wenn die Zelle größer
wird, sie können es tolerieren)
⇒ Metastasierung ist tödlich bei Tieren
⇒ Transport über Phloem/Xylem ist nicht möglich
(Krebszellen werden über Blutbahn transportiert)
⇒ Ausbreitung ist auch möglich da Zellen
⇒ Zellen sind nicht beweglich
beweglich sind
⇒ Krebs wird gut durch Blutgefäße ernährt (kann
⇒ kleine Tumore (werden schlecht ernährt; das
gut wuchern)
Phloemsystem passt sich nicht an)
→ enger Zusammenhang von Differenzierung + → Größenplastizität der Organe (Zellzahl)
Zellzahl, Entwicklung + Wachstum
→ Versorgung der Tumore durch Blutgefäße
→ keine Leitgefäße zu Tumoren
⇒ wenn ein Tumor es schafft einen Anschluß ans
⇒ Pfl. habe nur gutartige Tumore
Blutgefäßsystem
zu
bekommen
dann
explodiert er zu unvorstellbarer Größe (schafft
er es nicht bleibt er klein + gutmütig)
→ Metastasierung durch Zellwanderung
→ keine Zellwanderung
→ lange Keimbahn
→ kurze Keimbahn
⇒ es gibt schon sehr früh im Embryo diese
⇒ Pfl. habe im Laufe ihrer normalen Entwicklung
Population an Zellen (Mann beginnt erst in der
keine Keimbahnzellen (werden ganz kurz
Pubertät Keimbahnzellen zu bilden; Frau
gegen Ende der Entwicklungsphase vor der
wesentlich früher)
Meiose festgelegt)
→ kein Generationswechsel reduziert
→ Generationswechsel
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→ eingeschlechtlich
→ wenig ungeschlechtliche Vermehrung
→ meist bisexuell
→ viel ungeschlechtliche/asexuelle Vermehrung
(Amphhimixis = geschlechtl.; Apomixis = ungeschlecht)
ABBILDUNG: „Pfl. haben einen Generationswechsel “(Vergleich Lebenszyklus: Pilz, Pflanze, Elefant)
⇒ es werden 3 komplett verschiedene Lebenszyklen von Organismen beschrieben:
1) Pflanzen:
⇒ Pflanzen haben einen Generationswechsel
⇒ Abb. Zeigt eine Farnpflanze
⇒ Ablauf des Generationswechsels:
Sporophyt2n → Sporangium → Meiose → Sporen → Gametophyt → Gameten (♀n + ♂) →
Fertilization/Befruchtung → Zygote → Sporophyt2n
⇒ der Sporophyt ist diploid + bildet auf der Blattunterseite Sporangien.
⇒ in den Sporangien werden durch Meiose haploide Sporen gebildet (werden später zum Gametophyten  ist
beim Farn eine ganz kleine, einen ½ cm große Struktur am Boden).
⇒ Die Gametophyten können durch einen einfachen Differenzierungsprozess Gameten bilden (♀ + ♂; entweder
auf der gleichen od. auf verschiedenen Pfl.)
⇒ durch das Befruchten der Gameten entsteht wieder eine diploide Zygote
⇒ diese Zygote wächst schließlich wieder zur Pflanze heran.
⇒ es gibt also 2 Generationen in dem Zyklus: 1) den Sporophyten (die „dominante Generation“)
2) den Gametophyten.
Bei den Moosen:  ist es genau umgekehrt
 das, was man als Moos sieht, ist der Gametophyt (haploid)
 diploide Sporophyt hingegen ist bei den Moosen eine kleine Kapsel (eine kleine Struktur
auf der Spitze)
 das Verhältnis ist genau umgekehrt.
2) Pilze:
⇒ Ablauf des Generationswechsels:
Adultn → Gameten (♀n + ♂n) → Fertilization → Zygote2n → Meiose → Sporen → Adultn
⇒ Der adulte Pilz (= das, was man als Pilzkörper sieht) ist haploid (dieser bildet Gameten  sind meist
isogam/alle von einer Größe)
⇒ die Gameten können einander befruchten, + es entsteht wieder eine Zygote
⇒ die Zygote geht sofort über in Meiose (als einzelne Zelle, wohlgemerkt!!) + bildet dabei Sporen (diese
keimen + bilden wieder einen großen Pilzorganismus)
⇒ der Pilz macht zuerst eine lange Haplophase durch +im Anschluss daran folgen sofort hintereinander
Syngamie + dann Meiose. (es bilden sich Gameten die zu einer Zygote verschmelzen = Syngamie)
3) Elefanten:
⇒ Ablauf des Lebenszyklus:
Adult2n → Meiose → Gameten(♀ + ♂n) → Fertilization → Zygote → Adult2n
⇒ der adulte Elefant ist diploid (adult ist er ein vielzelliger Organismus mit Millionen von Zellen)
⇒ bestimmte Zellen, die Keimbahnzellen, werden in der Meiose zu Gameten (das Produkt der Meiose bei
Tieren sind also keine Sporen, sondern Gameten)
⇒ die Gameten fusionieren in Folge sofort weiter (die „haploide Generation“ hat im tier. Organismus kein
Eigenleben; sie fusionieren sofort zu einer Zygote;
⇒ beim Elefanten ist fast der gesamte Lebenszyklus diploid, + dann kommen die haploide Phase + die
Syngamie, sofort hintereinander
Haplo- + Diplophasen der 3 Organismen:
⇒ bei Tieren:  ist die Haplophase reduziert auf eine Zelle
 die Diplophase ist der komplette Erwachsene Organismus
⇒ bei Pilzen:  ist die Diplophase auf eine Zelle reduziert
 die Haplophase ist der Organismus
⇒ bei Pflanzen:  sie befinden sich irgendwo dazwischen (machen irgendwie beides)
 bei Moosen gibt es eine diploide Phase, die relativ kurz ist, dann kommt es zur Meiose, bei
der Sporen entstehen, + danach die Hoplophase (eine lange Haplophase + eine kurze
Diplophase)
 beim Farn (allgemein bei den höheren Pflanzen) gibt es erst eine lange Diplophase, dann
Meiose, dann eine kurze Haplophase und anschließend Syngamie.
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4) MODELLORGANISMEN
→ sind ausgewählte bilog. Arten (bestimmte Bakterien, Pilze, Pflanzen od. Tiere)
→ diese Arten können mit einfachen Methoden gezüchtet + untersucht werden (sind deshalb von großer
Bedeutung für die biolog + biomedizin. Forschung)
→ mit ihnen ist leicht zu experimentieren
→ sie sind in vielfältiger Hinsicht sehr gut dokumentiert
→ sie gehörten zu den 1. Organismen, deren komplettes Genom entschlüsselt wurde
→ Auswirkungen lassen sich schon nach kurzer Zeit beobachten
→ viel Erkenntnisse lassen sich auf den Menschen übertragen
→ Vorraussetzungen für Modellorganismen sind: ⇒ kurze Generationszeit, Mutationen etc.
⇒ im Mikroskop erkennbar
⇒ sind für alle Organismengruppen da
→ Modellorganismen bei:
Bakterien: ⇒ Escherichia coli (E. coli; gramnegatives Bakterium)
⇒ Bacillus subtillis (grampositives Bakterium)
⇒ Agrobacterium tumefaciens (Bodenbakterium)
Pilze: ⇒ Neurospora crassa (Schimmelpilz aus der Abteilung der Schlauchpilze; einer der wichtigsten
Modellorganismen der Pilze)
⇒ Saccharomyces cerevisiae (ebenfalls zu den Schlauchpilzen gehörende Hefe)
Pflanzen: ⇒ Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand; war die 1. Pflanze bei der das Genom komplett
entschlüsselt wurde)
wirbellose Tiere: ⇒ Drosophila melanogaster (Taufliege; Vorteil: die Art kann mit leichtem Aufwand in
hoher Organismenzahl gezüchtet werden)
⇒ Caenorhabditis elegans (1. vielzellige Organismus mit vollständig sequenziertem
Genom; einfach aufgebaut –1000 Zellen, ohne Keimzellen; seine Zellen
gehen immer aus der selben Zelle hervor –kann dadurch die Abstammung
jeder Zelle durch eine Reihe invarianter Zellteilungen bis zum Stadium der
Zygote zurückverfolgen; läßt sich genetisch verändern)
Wirbeltiere:
Amphibien:⇒ Xenoporus laevis (Krallenfrosch; hat leicht zugängliche Eier)
Vögel: ⇒ Gallus gallus (Huhn; Vorteil: kommt leicht an befruchtete Eier; Embryo übersteht
mikroskopische Eingriffe sehr gut + kann auch außerhalb des Eies
kultiviert werden)
Fische: ⇒ Danio rerio (Zebrabärling/Zebrafisch; Vorteil: extrem kurze Generationszyklen; Embryonen
können sich vollständig außerhalb der Mutter entwickeln + sind durchsichtig;
mit ihm wird noch nicht so lange gearbeitet)
⇒ Leuciscus idus (Goldorfe)
Säugetiere: ⇒ Mus musculus (Hausmaus; viel über die Entwicklungsgenetik bekannt)
⇒ Rattus norvegicus (Wanderratte)
→ auch mit Echinoidea (Seeigel; zu Echniodermata/Stachelhäuter) werden Experimente gemacht (leicht
zugängliche Eier)
4.1) VERTEBRATEN (WIRBELTIERE)
4.1.1) Gemeinsamkeiten
→ es gibt gemeinsame Mechanismen bei der Befruchtung
→ Furchungsteilungen zu Beginn der Entwicklung (Zellteilung ohne Zellwachstum)
→ Gastrulation: ⇒ es kommt zur Ausbildung von 3 Keimschichten (Ektoderm, Mesoderm, Endoderm)
⇒ durch Zellbewegung kommt die Ausbildung der Keimschichten zustande (= ein
Charakteristikum der Vertebraten/Wirbeltiere)
→ es entwickelt sich eine spezifische Struktur (aus dem Mesoderm entstehen Notochord + Somiten)
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→ Es gibt große Unterschiede in der Frühentwicklung einzelner Wirbeltiergruppen (hängt mit den
unterschiedlichen Ernährungsweisen des Embryos + der Größe des Eis zusammen; ein großer Unterschied
ergibt sich auch daraus, ob sich das Ei im inneren eines Organismus entwickelt od. außerhalb ⇒ kommt es
zu einer Interaktion zwischen Embryo + Mutter oder nicht?; Ernährungsweisen: Dotter bzw. Plazenta)
→ Gehirn + Rückenmark entstehen aus Ektoderm direkt oberhalb des Notochord (bildet das Neuralrohr)
→ Wirbeltiere besitzen einen gemeinsamen Körpergrundplan (Abb. Skelett eines Mausembryos):
⇒ Kopf
⇒ Rückgrat (aus Blöcken von Somiten aufgeteilt: Hals – Brust – Lende – Becken – Schwanz)
⇒ 2 Gliedmaßenpaare
→ alle Wirbeltiere bilden diese Strukturen aus (jedoch verlaufen die frühen Entwicklungsstadien bei den
einzelnen Wirbeltierklassen unterschiedlich)
ABBILDUNG: „Embryos at the beginning gastrulation“ (Embryonen am Anfang der Gastrulation)
⇒ Wirbeltierembryonen durchlaufen ein ähnliches phylotypisches Stadium (es treten hier wieder große
Ähnlichkeiten auf; phylotypisches Stadium: für einen Stamm typisches Stadium; Phylogenie =
Stammesgeschichte der Lebewesen)
⇒ vor der Gastrulation haben sie große unterschiedliche Formen
⇒ die obere Reihe zeigt Wirbeltierembryonen im Querschnitt in einem Stadium direkt vor der Gastrulation
⇒ die Unterschiede vor der Gastrulation haben mit der Ernährung des Embryos zu tun (die Form des Embryos
wird von der Größe des Eidotters ebenso beeinflusst wie von den Strukturen die der Embryo entwickeln
muß, um diese Nahrungsquelle nutzen zu können)
⇒ bei Säugetieren die keinen Dotter enthalten, müssen sich die extraembryonalen Strukturen der Plazenta
ausbilden
⇒ die untere Reihe zeigt die Ähnlichkeiten nach der Gastrulation
4.1.2) Stadien der Entwicklung
→ alle Wirbeltierembryonen durchlaufen eine Reihe ähnlicher Entwicklungsstadien
→ Die Zeit ist ein schlechtes Maß für Entwicklungsstadien, da die Entwicklung von Eiern außerhalb des Körpers
von Umweltbedingungen (z.B.: Temperatur) abhängig ist.
→ Es sind Stadien eingeführt worden, die durchnummeriert sind, um Kommunikation zwischen
Wissenschaftlern zu ermöglichen.
→ Bei der Maus kann die Zeit als Maß herangezogen werden, da die Temperatur im Körperinneren stabil ist.
Zuerst werden die Tage post coitum angegeben, später dann die Anzahl der Somiten.
4.1.3) Amphibien (Amphibia): Xenopus laevis (der Krallenfrosch)
4.1.3.a) die Vorteile des Modellorganismus
→ man kommt bei ihm leicht an befruchtete Eier
→ man kann die Eier in einer Petrischale durch Zugabe von Sperma befruchten
→ die Embryonen sind: ⇒ extrem wiederstandsfähig
⇒ höchst resistent gegen Infektionen nach mikroskopischen Eingriffen
→ die Eier sind groß + für experimentelle Eingriffe gut geeignet
→ es ist auch kein Problem Fragmente von frühen Xenoporus-Embryonen in einer einfachen definierten Lösung
zu kultivieren
4.1.3.b) Lebenszyklus des Xenopus laevis (Abbildung)
→ Lebenszyklus = Ontogenie
→ die Ontogenie durchläuft verschiedene Phasen
→ der komplette Lebenszyklus dauert 60 Tage
Stadium 1: ⇒ Befruchtung (Fertilisation)
⇒ nach der Befruchtung des Eies durch ein Spermium + der Fusion der männl. + weibl. Kerne
beginnt die Furchung
Stadium 2-8: ⇒ Furchungsteilungen (cleavage)
⇒ die Furchungen sind mitotische Teilungen, bei denen die Zellen zw. den einzelnen Teilungen
nicht wachsen (werden dadurch immer kleiner; der Embryo durchläuft alle 20min eine
Furchung)
⇒ am Ende der Furchungsteilungen ist eine Blastula entstanden
⇒ die Blastula besteht nun aus vielen kleinen Zellen die einen flüssigkeitsgefüllten Hohlraum
(Blastocoel) umschließen
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⇒ im Blastualstadium sind die Zellen mittlerweile miteinander in Wechselwirkung getreten (die
1. Gewebetypen also die Keimblätter haben sich herausgebildet  Mesoderm, Entoderm,
Ektoderm)
⇒ am Beginn der Gastrulation wird der Embryo noch als Blastula bezeichnet
Stadium 12: ⇒ Gastrulation
⇒ hier kommt es zu einer dramatischen Umordnung der Zellen
⇒ Entoderm + Mesoderm wandern in das Innere des Embryos (der Urmund entsteht; grundlegende
Bauplan der Kaulquappe ist festgelegt)
⇒ das Mesoderm bildet im Inneren die Chorda dorsalis (= Urwirbelsäule/Notochord; verläuft
vom Kopf bis zum Schwanz)
Stadium 13-25: ⇒ Neurulation
⇒ nach der Gastrulation faltet sich das Ektoderm über der Chorda zu einem Rohr (Neuralrohr)
⇒ weiters entstehen Nervensystem (NS) + Wirbelsäule
⇒ die Zellen beginnen sich während dieser Stadien immer mehr zu spezialisieren +
differenzieren (z.B. werden Augen + Kiemen an den zukünftigen Stellen angelegt)
Stadium 26-44: ⇒ Organogenese
⇒ hier entwickeln sich die zuvor angelegten Zellen zu den jeweiligen Organen
Stadium 45-66: ⇒ Metamorphose
⇒ hier wandelt sich die freischwimmende Kaulquappe (St.45) zum erwachsenen Frosch (St.66)
⇒ es beginnen sich die Gliedmaße auszubilden + der Schwanz bildet sich zurück
4.1.3.c) die Beschaffenheit des Eies
→ das Ei besitzt schon vor der Befruchtung eine eindeutige Polarität (beeinflußt das spätere Furchungsmuster;
besitz schon eine animale-vegetative Achse)
→ das Ei besteht aus 2 Teilen:
1) oberer Teil: ⇒ der animale/obere Teil ist dunkel + stark pigmentiert (das Pigment spielt für die
Entwicklung keine Rolle; ist ein nützlicher Marker für die unterschiedliche
Entwicklung der animalen + vegetativen Hälften)
⇒ enthält den Zellkern (befindet sich in der nähe des animalen Pols)
⇒ das Kernkörperchen befindet sich hier
⇒ hier befindet sich auch der Zellkern + das Zytoplasma
2) unterer Teil: ⇒ der vegetative/untere Teil ist blaß, unpigmentiert + schwer
⇒ hier befindet sich der Hauptanteil des Dotter
→ vor der Befruchtung ist das Ei von einer schützenden Vitellinhülle umgeben (ist in einer Art Gelatine
eingebettet; stellt auch eine Barriere für Spermien dar)
→ bei der 1. meiotischen Teilung ist am animalen Pol eine kleine Zelle entstanden (ein Polkörperchen =
Richtungskörper; sind kleine Zellen; sie entstehen wenn sich die Oocyste bei der Meiose zu einem Ei
entwickelt; d.h. das reife Ei hat vor der Befruchtung ein Polkörperchen)
→ die 2. meiotische Teilung wird erst nach der Befruchtung vollendet (wenn am animalen Pol auch der 2.
Polkörper gebildet wurde)
→ nach Beendigung der Meiose hebt sich die Vitelinhülle von der Eioberfläche ab + das Ei dreht sich in der
Hülle unter dem Einfluß der Schwerkraft (dabei zeigt nun die schwere dotterreiche vegetative Region nach
unten)
ABBILDUNG: „Meiose im Ei“ (die Bildung der Polkörper)
⇒ die Bilder zeigen den unterschiedl. Zeitpunkt der Meiose im Verlauf der Oocytenentwickl. bei verschied. Tieren
⇒ primäre diploide Oocyte:  hier ist die Eizelle noch klein + hat kaum Reservestoffe eingelagert
 bei Plathelminthes (Fadenwurm) + Nemathelminthes (Rundwurm) ist dieses
prämeiotische Stadium die reife Eizelle
⇒ 1. Metaphase:  bei Mollusca (Weichtieren) + Insecta wird die Entwicklung hier angehalten
⇒ 2. Metophase:  1. Polkörperchen ist vorhanden
 bei Amphibien + Mammalia (Säugetieren) wird hier die Entwicklung angehalten (2.
meiotische Teilung erst nach der Befruchtung)
⇒ haploide Eizelle:  bei Coelenteraten (Hohltiere) + Echniodermaten (Stachelhäuter) ist das Ei erst hier
aufgehalten
 es sind beide Polkörperchen vorhanden
⇒ bei manchen Arten wird erst nach der Befruchtung die Meiose abgeschlossen + der 2. Polkörper gebildet (so
bei Xenopus)
⇒ im allgemeinen hat die Bildung der Polkörper keine große Bedeutung für die spätere Entwicklung
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⇒ bei einigen Tieren ist die Stelle an der sich der Polkörper bildet ein nützlicher Marker für die Achsen des
Embryos
4.1.3.d) Befruchtung + Frühentwicklung
→ das Spermium wird vom Ei im animalen Teil aufgenommen (näheres siehe 6.2.3)
→ die Meiose wird abgeschlossen (das 2. Polkörperchen wird abgeschnürt)
→ die beiden Kerne verschmelzen zum diploiden Zygotenkern.
→ die Vitellinschicht hebt sich von der Zellmembran des Eis ab (dieser Mechanismus verhindert Polyspermie)
→ es kommt zur Rotation der Eirinde/Cortex (näheres siehe 6.2.3)
→ die 1. Furchungsteilung erfolgt entlang der animal-vegetativ Achse + ist eine komplette Zellteilung (verläuft
parallel zur Achse; legt häufig eine Ebene der Spiegelsymmetrie fest)
→ die 2. Furchungsteilung erfolgt ebenfalls entlang der animal-vegetativen Achse
→ die 3. Teilung ⇒ ist äquatorial (im rechten Winkel zu animal-vegetativen Achse)
⇒ teilt den Embryo in eine animale + eine vegetale Hälfte)
⇒ es entstehen 4 große vegetale + 4 kleinere animale Blastomeren (fortgesetzte Teilungen
führen dazu das die Blastomeren immer kleiner werden)
→ es folgen 12 weitere Furchungsteilungen, die zur Blastula führen (ist das Endstadium der Furchung)
4.1.3.e) Blastula + Gastrulation
→ Blastula: ⇒ = eine hohle Zellkugel
⇒ sie besteht nun aus mehreren 1000 Zellen (im Inneren befindet sich eine
Körperhöhle/Blastocoel; das Blastocoel ist die primäre Leibeshöhle)
⇒ in der Randzone der Blastula kann man bereits Bereiche unterscheiden die später Ektoderm,
Endoderm + Mesoderm bilden
→ das Blastocoel trennt die Dotterzellen von den anderen Zellen (die Blastula ist zu diesem Zeitpunkt immer
noch nicht gewachsen)
ABBILDUNG: „Gastrulation bei Amphibien“
1.Bild:⇒ Blastula (Stadium 10)
⇒ der animale Pol enthält das Blastocoel (ist oberhalb von ektodermalen Zellen umschlossen; seitlich von
mesodermalen Zellen + unterhalb von entodermalen Zellen umschlossen –entodermalen Zellen
gehören schon zum vegetativen Pol; das Mesoderm ist nach Außen hin von einer einzelnen
entodermalen Zellreihe eingefaßt)
2.Bild:⇒ frühe Gastrula (Stadium 10 ½)
⇒ die Gastrulation beginnt am Blastoporus/Urmund (befindet sich auf der dorsalen Seite der vegetativen
Region; gegenüber der Spermieneindrittsstelle)
3.Bild:⇒ Gastrula (Stadium 11)
⇒ von der dorsalen Blastoporuslippe ausgehend wandern Zellen des dorsalen Mesoderms + Endoderms
nach innen (das Mesoderm endet zw. dem Entoderm + dem Ektoderm in der animalen Region)
⇒ der Einstülpungsvorgang wird Invagination genannt
⇒ durch die Umlagerung der Gewebe bildet sich im Inneren eine neue Höhle (es bildet sich das
Archenteron/Urdarm; aus ihm entwickelt sich der Darm; das Archenteron ist die sekundäre
Leibeshöhle)
4.Bild:⇒ späte Gastrula (Stadium 12)
⇒ das Entoderm der ventralen Region wandert durch die ventrale Blastoporenlippe
⇒ das Entoderm kleidet schließlich das gesamte Archenteron aus
⇒ die Zellwanderung des ventralen Mesoderms geht von der ventralen Blastoporenlippe aus (der
Dotterpfropfen wird gebildet)
⇒ am Ende ist die Gastrula mit mesodermaler Chorda dorsalis + Somiten (Ursegmente) ausgebildet
⇒ am Ende der Gastrulation ist das Blastocoel erheblich kleiner geworden
→ Epibolie:⇒ ist ein Vorgang während der Gastrulation
⇒ Wanderung des Ektoderms in Richtung vegetaler Pol. (bewegt sich immer weiter nach unten)
⇒ das Ektoderm dehnt sich aus + bedeckt den gesamten Emrbyo
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4.1.3.f) Neurulation
→ folgt auf die Gastrulation
→ hier bildet sich das Neuralrohr aus (frühembryonaler Vorläufer des Nervensystems)
→ an das Archenteron schließt das Mesoderm an ⇒ aus diesem bildet sich die Chorda dorsalis ⇒ über diese
bildet sich die Neuralplatte + das Neuralrohr
→ bei der Neurulation wird/werden:
⇒ das Archenteron zum Darm
⇒ das Dermatom zur Dermis (Dermatom ist das Bildungsgewebe das zur Haut wird)
⇒ die Somiten zu Muskeln + Wirbeln
→ weiters bilden sich:
⇒ das unsegmentierte laterale Plattenmesoderm bildet Herz, Nieren, Gonaden + Darmmuskulatur
⇒ das ventralste Mesoderm bildet die Blutgefäße
⇒ Endoderm entlang des Darmes bildet Leber + Lunge aus
→ Die Schwanzknospe entwickelt sich zum Schwanz (dies geschieht als letztes)
4.1.3.g) Organogenese
→ der Embryo sieht nun schon ähnlich wie eine Kaulquappe aus
→ die wichtigsten Merkmale von Wirbeltieren sind bereits zu erkennen
ABBILDUNG: „Schematic of Xenopus embryo with removed epidermis“ (frühes Schwanzknospenstadium eines
Xenopus-Embryos)
⇒ am Vorderende erkennt man im Kopfbereich das zukünftige Auge
⇒ ein Ohrbläschen hat sich gebildet
⇒ am Vorderende ist das Gehirn schon in mehrere Bereiche gegliedert (Prosencephalon, Mesencephalon, +
Rhombencephalon)
⇒ unmittelbar hinter der Stelle, an der sich der Mund bildet, befinden sich die Kiemenbögen (von denen werden
die 1./die vordersten den Unterkiefer bilden)
⇒ weiter hinten befinden sich auf beiden Seiten der Chorda eine Reihe von Somiten
⇒ das Pronephron (embryonale Niere) beginnt sich aus dem Seitenplattenmesoderm zu entwicklen
⇒ ventral von diesen Strukturen befindet sich der Darm (ist auf der Abb. nicht zu sehen)
⇒ der hinter dem Anus gelegene Teil des Schwanzes wird zuletzt gebildet (der Schwanz stellt eine Fortsetzung
der Somiten, des Neuralrohrs + der Chroda dar)
Neuralleiste: ⇒ „Neural crest“
⇒ viele andere Strukturen entstehen bei den Wirbeltieren aus den Zellen der Neuralleiste ⇒
diese Zellen der Neuralleiste stammen aus Gewebe an den Spitzen (dem Kamm) der
Neuralwülste/Neuralfalte
⇒ nach dem Verschluß des Neuralrohres lösen sich die Zellen ab + wandern als einzelne Zellen
ins Mesodermgewebe
⇒ aus den Zellen der Neuralleiste entwickelt sich eine große Vielfalt an Geweben (z.B.
Sinneszellen, sensorisches + autonomes NS, Schädelknochen, Pigmentzellen, Knorpel –da
aus der Neuralleiste auch Knorpelgewebe hervorgeht, bildet es die Ausnahme, das aus
ektodermalen Zellen entweder NS od. Epidermis entsteht)
→ nachdem die Organogense abgeschlossen ist, schlüpft die fertige Kaulquappe
→ sie durchläuft in weiterer Folge eine Metomorphose + wird dabei zu einem erwachsenen Frosch (Gliedmaßen
wachsen + Schwanz bildet sich zurück)
4.1.4) Vögel (Aves): Gallus gallus (das Huhn)
→ in der Komplexität der Morphologie + dem allgemeinen Verlauf der Embryonalentwicklung ähneln sich die
Embryonen von Vögeln + Säugern sehr
→ die spätere Entwicklung eines Hühnerembryos ist der eines Mäuseembryos vergleichbar (stellt daher eine
wertvolle Ergänzung zu Untersuchungen an Mäuseembryonen dar)
4.1.4.a) die Vorteile des Modellorganismus
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→ Vogelembryonen sind leicht zu beschaffen (d.h. man kommt leicht an befruchtete Eier)
→ sind leichter zu beobachten als Säuger-Embryonen
→ viele Untersuchungen + Eingriffe lassen sich an ihnen einfach durchführen indem man das Ei öffnet (d.h. der
Embryo übersteht mikroskopische Eingriffe sehr gut + kann auch außerhalb des Eies kultiviert werden)
4.1.4.b) Lebenszyklus des Huhns (Abbildung)
→ der komplette Lebenszyklus dauert 60 Tage
→ noch in der Eileiter der Henne wird das Ei befruchtet
Entwicklung im Eileiter:
⇒ das Cytoplasma + der Zellkern der befruchteten Zellen nehmen auf der Oberfläche der riesigen
Dottermasse nur einen kleinen Fleck von einigen mm Ø ein
⇒ noch im Eileiter beginnt die Furchung (dies führt zur Bildung einer Scheibe aus Zellen 
Keimscheibe/Blastoderm)
⇒ in Folge wird das Ei mit Albumen (Eiweiß), den Eihüllen + der Kalkschale umhüllt
⇒ es kommt zur Eiablage (das Blastoderm entspricht der Amphibienblastula; Furchungsteilungen sind
abgeschlossen; das zelluläre Blastoderm liegt dem Dotterauf)
⇒ die Entwicklung im Eileiter entspricht etwa 3 Stadien
heranreifen des gelegten Eies:
⇒ die Furchungsteilungen haben zu einer „Schicht“ geführt (keiner Kugel)
⇒ am Beginn der Gastrulation bildet sich der Primitivstreifen („primitiv streak“; er ist der Vorläufer der
Längsachse; ca. Stadium 4)
⇒ über den Primigivstreifen wandern Ektoderm-Zellen nach innen (der Primitivstreifen ähnelt daher in
mancher Hinsicht der Region des Blastoporus bei den Amphibien)
⇒ während der Gastrulation kommt es (anders als bei Amphibien) zu Zellproliferation + Größenwachstum
(auch bei Säugern der Fall)
⇒ während der Einwanderung von Epiblastzellen (Meso- + Endoderm) wird der Hensensche-Knoten
gebildet (beweglicher, induktiver Zellhaufen)
⇒ wenn der Hensensche-Knoten zurückgebildet wird, entstehen die Somiten (ca. Stadium 14)
⇒ es folgt die Organogenese (ca. Stadium 30)
⇒ danach Schlüpft das Küken
4.1.4.c) die Beschaffenheit des Eies (Abbildung)
→ beschrieben wird der Entwicklungszustand des Eies zum Zeitpunkt des Legens
→ zu diesem Zeitpunkt enthält das Ei bereits einen Embryo (wie schon erwähnt wird im Eileiter die Eihülle +
das Eiweiß erst nach der Befruchtung gebildet; Ursprünglich besteht das Ei nur aus „Eigelb“ das von der
Vitellinschicht umgeben ist ⇒ das ist das eigentliche Ei ⇒ die Eihülle + das Eiweiß sind nur eine
Anpassung der Vögel + Reptilien, um das Überleben des Embryos zu sichern)
→ der Embryo ist in diesem Stadium ein scheibenförmiges zelluläres Blastoderm (liegt auf der großen
Dottermasse auf + ist gleichzeitig vom Eiweiß + der Eischale umhüllt)
AUFBAU: (von Außen nach Innen)
⇒ Kutikula (nicht eingezeichnet; = Eioberhäutchen; dichtet die porige Kalkschale ab; verhindert das Eindringen
von Bakterien; darum sollte man Eier die nicht sofort verzehrt werden nicht waschen –ein
bisschen Kot am Ei ist weniger problematisch, solange die Kutikula intakt ist)
⇒ Eischale (harte Kalkschale)
⇒ Eischalenhäutchen (2 Membranen unter der Schale; Schale  Schalenmembran  Chorion/Eimembran)
⇒ Eiweiß
⇒ Luftkammer (am stumpfen Ende des Eies)
⇒ Dotterstabilisator (Chalaza/Hagelschnur; dient dazu das Eigelb in der Mitte des Eiweißes in einem
Schwebezustand zu halten)
⇒ Vitellinhülle (= Dotterhaut; umhüllt den Dotter)
⇒ Dotter
⇒ Embryo/Keimfleck (scheibenförmiges zelluläres Bastoderm auf dem Dotter)
4.1.4.d) Befruchtung + Frühentwicklung
→ nach einigen Furchungsteilungen entsteht aus der Zygote die Blastodisk/Keimfleck
→ die Furchung in der Eileiter führt zu Bildung einer Scheibe aus Zellen (Keimscheibe/Blastoderm)
→ nachdem das Ei gelegt wurde setzt sich die Furchung mit der Bildung der Furchungsrinnen/-spalten fort
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ABBILDUNG: „ Furchung + Epiblastenbildung“
Eileiter:
Bild 1: ⇒ frühes Furchungsstadium
⇒ die Furchungsspalten ziehen sich von der Oberfläche des Cytoplasmas in die Tiefe (trennen die
Zellen jedoch nicht vollständig; es kommt nicht zur Bildung von vollständigen Zellen)
⇒ ventral bleiben die Zellen zunächst noch zum Dotter hin offen
⇒ durch die Furchung entsteht eine Runde Keimscheibe aus einigen Zellagen
⇒ Zona/Area pellucida (= Glashaut; ist der zentrale bereich der Keimscheibe)
⇒ Zona/Area opaca (dunklere äußere Region)
Bild 2+3: ⇒ durch Teilungen parallel zur Oberfläche entstehen Zellen
⇒ unter dem so entstandenem Blastoderm befindet sich eine kleine Höhle
⇒ diese Höhle/Hohlraum befindet sich zwischen der Zona pellucida + dem Dotter (=
Subgerminalhöhle; da die Zona pellucida genau über dieser Höhle liegt, erscheint sie durchsichtig)
Eiablage:
Bild 4: ⇒ die Subgerminalhöhle wird seitlich von Zellen umwachsen (dadurch kann man zwischen Hypoblast
+ Epiblast unterscheiden)
⇒ Hypoblast:  bedeckt den Dotter
 Zellen stammen vom Übergangsbereich der Zona opaca + Zona pallucida + von den
darrüberliegenden Zellen der Keimscheibe
 bildet extraembryonale Strukturen (z.B. Stil + Dottersack; Verbindung des Embryos
mit dem Dottersack)
⇒ Epiblast:  sind die verbleibenden Keimscheibenzellen
 daraus wird der eigentliche Embryo gebildet
Bild 5: ⇒ vom posterioren Ende der Zona pellucida aus beginnt sich der Primitivstreifen in Richtung anteriores
Ende zu bilden (ist der Beginn der Gastrulation)
4.1.4.e) Gastrulation (Abbildung)
→ der Primitivstreifen wird aus der hinteren Randzone gebildet
→ der Primitivstreifen ähnelt in mancher Hinsicht der Region des Urmunds/Blastoporus (wie schon erwähnt
kommt es jedoch bei Vögeln + Säugern während der Gastrulation zu Zellproliferation + Größenwachstum,
im Gegensatz zu Amphibien)
→ während der Gastrulation erstreckt sich der Primitivstreifen über die ½ der Zona pellucida (d.h. der Streifen
geht von außen bis ca. in die Mitte des Kreises)
→ Epiblastenzellen proliferieren + wandern über den Primitivstreifen nach innen unter die obere Schicht (diese
Zellen entwickeln sich später zu Mesoderm + Entoderm)
→ aus der Oberflächenschicht des Epiblasten entsteht das Ektoderm
→ das zukünftige Entoderm verdrängt den Hypoblasten + das Mesoderm bildet eine Schicht zw. Ektoderm +
Entoderm
→ am anterior Ende des Streifens bildet sich eine Anhäufung von Zellen (= Hensensche-Knoten/Primitivknoten
)
Hensensche-Knoten: ⇒ ist ein beweglicher induktiver Zellhaufen.
⇒ er ist vergleichbar mit der dorsalen Blastoporenlippe bei Amphibien
⇒ er ist eine Zellgruppe die Positionsinformation interpretiert. (es gibt Gradienten
entlang des Primitivstreifens)
⇒ Er sorgt dafür dass sich an den verschiedenen Positionen verschiedene Strukturen
ausbilden.
⇒ er wandert entlang des Primitivstreifens in Richtung posteriores Ende (d.h. sobald der
größte Teil des Meso- + Entoderms nach innen gewandert ist beginnt sich der
Primitivstreifen zurückzubilden + der H.-Knoten wandert zum posterioren Ende des
Embryos)
⇒ Am Anfang induziert der H.-Knoten die Bildung der Neuralplatte + im Mittelteil die
Bildung von Somiten (entwickeln sich aus der Chorda, die aus Zellen des H.-Knotens
besteht)
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⇒ während der Wanderung bilden sich schon Kopfstrukturen aus (wird von dem H.Knoten durch die Kopffalte abgegrenzt)
⇒ wenn der Knoten im posterioren Bereich ankommt, haben sich das Gehirn + die
Somiten schon weitgehend ausgebildet
⇒ zum Schluss legt der H.-Knoten die Schwanzknospe an
ABBILDUNG:
„Zurückweichen des H.-Kontens“
⇒ Nachdem sich der Primitivstreif. über die ½ des Blastoderms ausgebreitet hat, beginnt er sich zurückzuziehen
⇒ zur gleichen Zeit wandert der H.-Konten in posteriorer Richtung (Kopffalte + Neuralplatte beginnen sich zu bilde)
⇒ Kopffalte entwickelt sich aus Ektoderm + Entoderm
⇒ Chorda + Somiten entwickeln sich aus H.-Knoten
⇒ wenn der Knoten nach hinten wandert, entwickelt sich davor die Chorda mit den Somiten auf beiden Seiten
„Bildung der Kopffalte + der Neuralplatte (über Notochord)“
⇒ Kopffalte + Chorda entwickeln sich während des Zurückweichens des H.-Knotens
⇒ die Abb. zeigt einen Längsschnitt durch den Hühnerembryo (Dorsalansicht)
⇒ Stadium der Kopffaltenbildung (H.-Knoten beginnt zurückzuweichen)
⇒ während der Knoten zurückwandert, bildet sich davor die Chorda
⇒ aus den undifferenzierten Mesoderm entstehen zu beiden Seiten der Chorda Somiten
4.1.4.f) Neurulation
→ nach der Bildung der Chorda beginnt sich das Neuralrohr zu entwickeln (nach der Bildung der Chorda
beginnt die Neurulation)
→ die Neuralplatte liegt über dem Neuralrohr
→ in der Neuralplatte faltet sich das Ektoderm beiderseits der Mittellinie auf (bei Xenopus hat sich das
Neuralrohr entlang der Mittellinie in ganzer Länge auf einmal aufgefaltet + geschlossen ⇒ beim Huhn
geschieht es schrittweise von vorne nach hinten; sequenziell beim Huhn – simultan bei Xenopus)
→ Entwicklung des Meosoderms:
⇒ die Somiten werden zu Wirbeln, Achsen- + Gliedmaßenmuskulatur + Dermis (Haut)
⇒ Intermediäres Mesoderm bildet Nieren (in der zukünftigen Rumpfregion)
⇒ Splanchnisches Mesoderm bildet das Herz (besteht aus 2 Anlagen, die durch Einfaltung nach unten ein
Herz bilden)
⇒ Blutgefäße entstehen wie bei Xenopus aus dem ventralsten Teil seitlich des Meosderms (es bilden sich
sog. Blutinseln aus denen die 1. Blutzellen hervorgehen)
ABBILDUNG:
„Entwicklung des Neuralrohres + des Mesoderms“
⇒ die Neurulation folgt der Chordabildung in anterio-posteriorer Richtung
⇒ die Abb. zeigt eine Abfolge von Querschnitten entlang der Längsachse
1. + 2. Schnitt: (von oben beginnend)
⇒ die Bildung des Neuralrohres ist am Vorderende weit fortgeschritten
⇒ am Vorderende des Neuralrohres hat die Kopffalte den zukünftigen Kopf bereits vom Rest des Blastoderms
abgeteilt (der Kopf wird von der Oberfläche des Epiblasten abgetrennt)
⇒ die ventrale Körperfalte hat Entoderm von beiden Seiten des Körpers zusammengeführt (bildet den Darm; es
kommt zu einer Faltung auf der neuralen Seite des Embryos; Entfaltung des Darmes nach unten)
⇒ die Neuralwülste falten sich zu beiden Seiten auf (in der Mitte treffen sie aufeinander + bilden ein Rohr)
⇒ aus dem mesenchymalen Mesoderm entwickeln sich Kopfstrukturen
3. Schnitt:
⇒ in der zukünftigen Rumpfgegend haben sich die Chorda + die Somiten gebildet
⇒ weiters hat die Neurulation eingesetzt
4. + 5.Schnitt:
⇒ am Hinterende, hinter dem H.-Knoten hat die Bildung von Chorda + Somiten noch nicht begonnen
⇒ ebenfalls hat die Neurulation noch nicht begonnen
„Extraembryonale Strukturen + Blutzirkulation“
⇒ der Kopf des Embryos ist gut ausgebildet
⇒ die Gliedmaßen beginnen sich zu entwickeln
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⇒ im extraembryonalen Gewebe sind Blutgefäße + Blutinseln entstanden (in ihnen findet Hämatopoese statt; die
entstandenen Gefäße verbinden sich mit denen des Embryos; Embryo ist nun mit einem Kreislaufsystem +
einem schlagenden Herzen ausgestattet)
⇒ der Kopf des Embryos ist stark zu Brust geneigt
⇒ der Dotter wird von der Dottersackmembran umschlossen
⇒ die Vitellinvene bringt Nährstoffe vom Dottersack zum Embryo (in der Vitellinarterie fließt das Blut zum
Dottersack zurück)
der Embryo ist von verschiedenen Membranen umhüllt (bilden Höhlen aus):
⇒ Amnion: das Amnion mit dem/der flüssigkeitsgefüllten Amnionsack/-höhle bietet dem Embryo mechan.
Schutz
⇒ Chorion:  im Ganzen (Embryo, Dotter, Eiweiß) wird der Embryo vom Chorion umhüllt
 ist am Gasaustausch beteiligt
⇒ Allantois:  verbindet sich mit der Schalenmembran
 „externe Lunge“
 ist ebenfalls am Gasaustausch beteiligt (es finden Sauerstoff- + Kohlendioxidaustausch statt)
 nimmt Stoffwechselprodukte auf
 die Arteria umbilicalis transportiert Stoffwechselabfallprodukte zur Allantois
 die Vene umbilicalis bringt Sauerstoff zum Embryo
⇒ Dottersack:  der Dotter ist vom Dottersack umgeben
 dient der Ernährung des Embryos
⇒ ab diesem Stadium dreht sich der Embryo zur Seite
4.1.5) Säugetiere (Mamalia): Mus muluscus (die Hausmaus)
4.1.5.a) die Vorteile des Modellorganismus
→ der Lebenszyklus der Maus beträgt nur 9 Wochen (für einen Säuger sehr kurz)
→ se ist viel über die Entwicklungsgenetik bekannt
→ kann an ihr klassische genetische Analysen durchführen
→ kann durch genetische Veränderungen Mutanten herstellen
→ da der Mausembryo in der Mutter heranwächst werden jedoch experimentelle Eingriffe + kontinuierliche
Beobachtungen erschwert (Embryo kann nur für kurze Zeit außerhalb der Mutter kultiviert werden)
→ die Maus ist das Modellsystem auf das man am häufigsten zurückgreift um die menschliche Entwicklung zu
verstehen
4.1.5.b) Lebenszyklus der Maus (Abbildung)
→ das Ei wird im Eileiter befruchtet (dort findet auch die Furchung statt)
→ 5 Tage nach der Befruchtung nistet sich die Blastocyste in der Gebärmutter ein (die Blastula heißt bei
Säugern Blastocyste)
→ nach der Gastrulation führt der Mausembryo eine Drehung durch (dadurch wird der Embryo von seinen
Extraembryonalmembranen umhüllt)
→ die Gastrulation + die Organogenese dauern etwa 7 Tage
→ in den restlichen 6 Tagen wächst der Embryo vor allem (danach wird das Mausbaby geboren)
4.1.5.c) die Beschaffenheit der Eizelle
→ die Eizelle weißt an der Spermieneintrittsstelle den fertilisation cone/Befruchtungshügel auf (= eine
Ausbeulung der Eizelle)
→ die Zygote weißt nach der 2. meiotischen Teilung 2 Polkörperchen auf + ist außen von der Zona pellucida
(Glashaut) umgeben
→ Furchungsteilungen führen zur Bildung der Blastocyste
4.1.5.d) Frühentwicklung + Blastocyste
→ wie schon erwähnt erfolgt die Furchung im Eileiter
→ die 1. Furchungsteilungen laufen sehr langsam ab (im Vergleich zu Xenopus + Huhn)
→ es entsteht eine kompakte Zellkugel (= Morula)
→ im 8-Zellstadium kommt es schließlich zu einer Veränderung der Form:
⇒ die Blastomeren vergrößern ihre Kontaktflächen, über die sie sich berühren (der Vorgang heißt
Kompaktierung)
⇒ die Vergrößerung der Kontaktflächen wird durch die Bildung von tight junctions erreicht
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⇒ danach sind die Zellen polarisierbar (d.h. die Kompaktierung der Morula führt zur 1. Differenzierung
im Mausembryo –auch Mensch)
⇒ die äußeren 4 Zellen tragen Mikrovilli (werden als Trophektoderm bezeichnet)
⇒ die 4 inneren Zellen sind glatt (bilden die innere Zellmasse/inner cell mass)
⇒ erst dann kommt es zu weiteren Teilungen
→ eine Eigenheit der Säugerentwicklung ist, dass aus den frühen Furchungen 2 Zelltypen hervorgehen
(Trophektoderm + innere Zellmasse)
Blastocyste
⇒ so wird die Blastula bei Säugern genannt
⇒ auch als Keimbläschen bezeichnet
⇒ Entwicklung der Blastocyste wird Blastogenese genannt
⇒ sie ist außen von einer einzelligen Schicht umgeben
⇒ im Inneren befindet sich das Blasocoel
⇒ kurz nachdem die Blastocyste entstanden ist, entwickelt sich schließlich ein Teil der inneren Zellmasse zum
primitiven Entoderm + der Rest zum primitiven Ektoderm (Epiblast  entwickelt sich zum eigentlichen
Embryo; primitives Entoderm  an der Bildung der extraembryonalen Membranen beteiligt)
⇒ in weiterer Folge löst sich der Embryo aus der Zona pellucida, die ihn bis jetzt noch immer umgeben hat, +
nistet sich in der Gebärmutter ein
Epiblast: ⇒ auch als Embryoblast bezeichnet
⇒ aus ihm entsteht der eigentliche Embryo
⇒ ist ein Teil der Blastocyste
Trophektoderm: ⇒ auch als Trophoblast bezeichnet
⇒ ist die äußere Zellschicht einer Blastocyste
⇒ bildet sich zu embryonalen Hilfsorganen aus
⇒ weicht mittels Enzymen die Gebärmutterschleimhaut auf + kann sich so an ihr festsetzen
⇒ dient dem Embryo als Nährkanal (kann als Ernährungsorgan betrachtet werden; entwickelt
sich zur Plazenta)
ABBILDUNG: „Frühentwicklung der Maus nach Implantation“ (Frühe postimplantative Entwicklung des
Mausembryos)
⇒ bei diesen Bildern ist die Entwicklung der 1. beiden Tage nach der Einnistung zu sehen
Bild 1: ⇒ zeigt die Blastocyste zum Zeitpunkt der Einnistung
⇒ zum Zeitpunkt der Einnistung teilt sich die innere Zellmasse in 2 Bereiche: 1) Epiblast
2) primitives Entoderm
⇒ das polare Trophektoderm umhüllt den Epiblast (ragt nach außen)
⇒ das murale Trophektoderm ragt nach innen
Bild 2: ⇒ zeigt den eingenisteten Embryo nach 5 ½ Tagen
⇒ bei der Einnistung replizieren die Zellen der Trophektodermwand ihre DNA, ohne sich zu teilen
(Endoredublikation; dadurch entstehen die Riesenzellen des Trophoblasten  dringen bei der
Einnistung in die Uteruswand ein)
⇒ einige Zellen des primitvien Entoderms wandern aus + bedecken schließlich die gesamte innere
Oberfläche der Trophektodermwand (werden zum parientalen Entoderm  in der Mitte befindet
sich das Blastocoel; die restlichen Zellen werden zum visceralen Entoderm  hüllt den
Eizylinder/Epiblast ein)
⇒ der restliche Teil des Trophektoderms wächst zum ektoplazentalen Kegel + extraembryonalen
Ektoderm heran (tragen beide zur Bildung der Plazenta bei)
Bild 3: ⇒ zeigt den Eizylinder nach 6 Tagen
⇒ der ektoplazentale Kegel drückt schließlich den Epiblast nach unten (Epiblast wird dadurch länger;
das Blastocoel verschwindet fast; es entsteht innen eine neue Höhle  proamniotische Höhle 
verleiht dem Epiblasten eine Becherform; im Querschnitt eine U-Form)
⇒ aus dieser gekrümmten Epithelschicht entwickelt sich der eigentliche Embryo
Bild 4: ⇒ zeigt den beginn der Gastrulation nach 6 ½ Tagen
⇒ die zukünftige Achse des Embryos wird jetzt zum 1. mal sichtbar
⇒ der Primitivstreifen beginnt am posterioren Ende des Epiblasten + dehnt sich in anteriorer Richtung
bis zur Spitze des Eizylinders aus
⇒ mit der Bildung des Primitivstreifens setzt die Gastrulation ein
→ die Entwicklung des Primitivstreifens ähnelt dem Huhn
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4.1.5.e) Gastrulation (Abbildung)
→ die Gastrulation erfolgt erst nach der Implantation in der Uteruswand
→ am Anfang der Gastrulation wandern Epiblastenzellen durch den Primitivstreifen (entwickeln sich zu
Mesoderm + Ektoderm)
→ es bildet sich:⇒ Chorda dorsalis
⇒ Kopffalte
⇒ Neuralplatte
⇒ Neuralrohr
⇒ Somiten
⇒ Vordarm
⇒ Herz
→ Bildung der extraembryonalen Strukturen: ⇒ Amnion
⇒ Allantois
⇒ Dottersack
⇒ Chorion
4.1.5.f) Neurulation (Abbildung)
→ der Primitivstreifen dehnt sich weiter aus
→ nach 8 ½ Tagen beginnt vorne auf der dorsalen Seite die Bildung der Neuralwülste
→ es kommt zu umfassenden Faltungen
→ es bildet sich das Entoderm (bedeckt zunächst die ventrale Oberfläche des Embryos; verlagert sich schließlich
nach innen + bildet den Darm)
→ Herz + Leber nehmen ihre entgültige Stellung im Verhältnis zum Darm ein
→ in Folge beginnt sich der Kopf abzuzeichnen
→ schließlich kommt es zu einer Drehung des Embryos (dabei wird er von seinen extraembryonalen Membranen
eingehüllt
4.1.5.g) Organogense
→ die Organogenese folgt auf die Embryonalentwicklung
→ in den Anfanfgsstadien verläuft die Organogenese weitgehend wie beim Hühnerembryo
→ direkt an die Organogenese schließt die Fötalentwicklung an
→ danach kommt es zur Geburt
4.1.6) Fische (Pisces): Danio rerio (der Zebrabärbling)
→ alte Bezeichnung des Zebrabärbling ⇒ Brachydanio rerio (auch Zebrafisch genannt)
4.1.6.a) die Vorteile des Modellorganismus
→ extrem kurzer Lebenszyklus (12 Wochen)
→ Transparenz des Embryos (man kann die Entwicklung Zellen beobachten)
→ kleines Genom (eines der kleinsten bei Wirbeltieren)
4.1.6.b) Lebenszyklus des Zebrafisches (Abbildung)
→ wie schon erwähnt dauert der Lebenszyklus ca. 12 Wochen
→ das Cytoplasma + der Zellkern befinden sich oberhalb einer großen Menge an Dotter (am animalen Pol)
→ wie beim Huhn setzen sich die Teilungen der Furchung nicht bis in die Dottermasse fort (Blastomeren liegen
auf dem Dotter auf)
→ der Zebrafischembryo wird zu einem becherförmigen Blastoderm (sitzt, wie schon erwähnt, auf einer riesigen
Dotterzelle)
→ die Entwicklung schreitet sehr rasch voran
→ bereits 2 Tage nach der Befruchtung schlüpft der winzige Fisch (er ist immer noch mit den Resten seines
Dotters verbunden)
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4.1.6.c) Frühentwicklung
→ das Ei hat einen Ø von 0,7mm
→ animaler Pol mit Cytoplasma + Zellkern
→ vegetativer Pol mit Dotter
→ wie schon erwähnt gehen die Furchungsteilungen nicht durch den Dotter
→ die 1. (ca. 5) Furchungen verlaufen alle vertikal
→ die 1. horizontale Teilung führt ca. 2h nach der Befruchtung zum 64-Zell-Stadium
4.1.6.d) Epibolie + Gastrulation
→ der Embryo besteht aus einem 2-schichtigen Blastoderm anstatt einer Blastula
Hüllschicht: ⇒ ist die Außenschicht des Blastoderms
⇒ besteht aus einer einzigen Lage abgeflachter Zellen
⇒ ist das zukünftige Ektoderm
Tiefenschicht: ⇒ ist die Tiefere Schicht des Blastoderms
⇒ besteht aus runderen Zellen
⇒ liegt direkt auf dem Dotter
⇒ zukünftiges Mesoderm + Entoderm
→ die Blastodermzellen breiten sich Epibolie (siehe 4.1.3.e) aus (umhüllen schließlich die gesamte Dottermasse in
Richtung vegetativer Teil)
→ nachdem sich die Blastodermzellen schon über mehr als die ½ der Dottermasse erstreckt, beginnt die
Gastrulation
→ die Gastrulation beginnt in Form der Involution (= Einrollbewegung/Einwärtsbewegung)
→ dabei beginnen zukünftige Mesoderm- + Entodermzellen der tieferen Schichten nach innen zu wandern
(wandern zur zukünftigen Dorsalseite; ihre Wanderung endet schließlich unter dem Ektoderm)
→ bei dieser Wanderung strebt das Gewebe von allen Seiten auf die Mittellinie des Embryos zu (es dehnt sich
gleichzeitig aus)
→ gleichzeitig zu diesem Vorgang zieht sich der Embryo in anterio-posteriorer Richtung in die Länge
→ weiters folgt die vertikale Elongation des Embryos
→ nach ca. 9h ist die Chorda zu sehen
→ es folgt schließlich die Neurulation + die Bildung der Somiten
→ die restliche Entwicklung bis zum schlüpfen erfolgt sehr rasch
ABBILDUNG:
Bild 1: ⇒ Blastomere/Blastoderm liegt auf dem Dotter auf
Bild 2: ⇒ Ausbreitung des Blastoderms durch Epibolie (die obere Hälfte des Dotters wird von einem
becherförmigen Blostoderm bedeckt)
Bild 3: ⇒ die Gastrulation beginnt mit der Involution von Zellen (dies erfolgt in einem Ring um die Randzone
des Blastoderms)
Bild 4: ⇒ Konvergenz + Ausdehnung
⇒ die einströmenden Zellen treffen sich an der dorsalen Mittellinie (bilden den Körper des Embryos 
umschließt den Dotter)
→ die Gastrulation ist ähnlich der des Xenopus
→ der einzige Unterschied liegt darin, dass die Einrollbewegung am Blastodermrand fast überall gleichzeitig
stattfindet
4.2) INVERTEBRATEN (WIRBELLOSE)
4.2.1) Gemeinsamkeiten der Entwicklung
→ die Entwicklung der verschiedenen Wirbellosenarten verläuft sehr unterschiedlich
→ es gibt trotz allem einige gemeinsame Merkmale (findet man sogar bei der Entwicklung von Wirbeltieren)
→ zu diesen Gemeinsamkeiten gehören: ⇒ die Furchung
⇒ die Bildung einer Blastula od. Blastoderms
⇒ die Gastrulation
→ verglichen mit Wirbeltieren: ⇒ einige Wirbellose besitzen nur wenige Zellen (z.B. Fadenwurm)
⇒ Wirbellose besitzen ein stereotypes Furchungsmuster (man kann dabei das
Schicksal jeder einzelnen Zelle verfolgen; Mosaikentwicklung ist eher
charakt. für Invertebraten; Regulative Entwickl. eher charakt. für Vertebrat)
4.2.2) Insekten (Insecta): Drosophila melanogaster (die „schwarzbauchige“ Taufliege)
→ gehört zu den am besten erforschten Organismus (historische Ursache ⇒ wird am längsten untersucht)
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4.2.2.a) die Vorteile des Modellorganismus
→ die Art kann mit leichten Aufwand in hoher Organismenzahl gezüchtet werden
→ kann genetische + mikrochirurgische Eingriffe kombinieren
→ es ist leicht Mutanten herzustellen (z.B. Augenmutante „weiß-rot“)
→ kurze Generationszeit
→ besitzt ein kleines Genom (enthält 13 600 Gene; weniger als C. elegans)
→ Geschlechtsdimorphismus (Dimorphismus: Zweigestaltigkeit; das Nebeneinander bestehen 2er verschiedener Formen)
4.2.2.b) Lebenszyklus von Drosophila melanogaster (Abbildung)
→ der Lebenszyklus beträgt 9 Tage
→ der Zellzyklus beträgt 9 min + besteht aus nur 2 Phasen (Mitose + S-Phase; die G-Phasen werden erst später
eingezogen, wenn die Zellularisierung stattfindet; der Zellzyklus ist der kürzeste im ganzen Tierreich)
→ Furchungsteilungen führen zu einem synzytialen/mehrkernigen Blastoderm (Synzytium: Zellen mit
mehreren Zellkernen ⇒ entstanden durch die Verschmelzung mehrer Zellen; Mitose findet bis Telophase
normal statt ⇒ es fehlt jedoch im Zellzyklus die Cytokinese ⇒ d.h. es fehlt die Teilung des Cytoplasmas)
→ nach Furchung + Gastrulation erhält der Embryo eine segmentierte Gestalt
→ der Embryo schlüpft schließlich als Larve
→ die Larve wächst + durchläuft 2 Häutungen (Larvenstadien)
→ danach entwickelt sich die Larve zu einer Puppe
→ die Puppe wiederum macht eine Metamorphose zur erwachsenen Fliege durch
4.2.2.c) die Beschaffenheit des Eies
→ das Ei hat die Form einer Wurst
→ das Vorderende ist leicht an der Mikropyle zu erkennen (die Mikropyle ist ein kleiner Fortsatz der festen
äußeren Hülle; ist das zukünftige anteriore Ende)
→ die Spermien dringen durch das Mikropyle in das Ei ein
4.2.2.d) Frühentwicklung
→ durch das Synzytium besteht der Embryo im Grunde genommen aus nur einer einzigen Zelle
→ der Zweck das es nur zu einer Kernteilung kommt ist, dass im Embryo Diffusion möglich ist (große Moleküle
-z.B. Proteine- können dadurch zwischen den Zellkernen diffundieren)
→ die Proteine sind im Embryo nicht gleichmäßig verteilt (bilden Gradienten aus; z.B. vorne am höchsten
konzenriert + hinten am wenigsten; die Gradienten im Embryo erklären vieles: Vorderpol – Hinterpol, oben
– unten, Segmentierung; um diese Gradienten auszubilden ist es wichtig, dass es am Anfang zu keiner
Zellularisierung kommt)
→ nach etwa 9 Teilungen wandern die Zellkerne an die Peripherie/Rand (das synzytiale Blastoderm entsteht;
entspricht der Blastula)
→ in Folge werden von der Oberfläche des Eies Membranen eingezogen (schließen die Zellkerne ein; es bilden
sich so Zellen; nach etwa 13 Mitosen enthält das Blastoderm richtige Zellen)
→ an diesem Vorgang sind jedoch nicht alle Zellkerne beteiligt (etwa 15 Zellkerne entwickeln sich zu Polzellen
⇒ bleiben am Hinterende des Embryos; aus den Polzellen gehen später die Keimzellen hervor)
→ da sich die Polzellen nicht an der weiteren Entwicklung des Tieres beteiligen stammen alle zukünftigen
Gewebe aus dem Epithel des Blastoderms (Polzellen bleiben in Reserve + wandern später in die
Geschlechtsorgane ein ⇒ dadurch wird Mutation vermieden)
ABBILDUNG: „Furchung des Drosophila-Embryos“
⇒ nach der Verschmelzung der Zellkerne (Spermium + Eizelle) finden sehr rasche Kernteilungen statt
⇒ bei den Kernteilungen bilden sich keine Zellwände
⇒ dadurch entsteht ein Synzytium
⇒ nach der 9. Teilung wandern die Kerne an die Peripherie (bilden das synzytiale Blastoderm)
⇒ danach werden Zellwände eingezogen (das zelluläre Blastoderm entsteht)
⇒ 15 Zellkerne sondern sich ab + wandern an das Hinterende/posteriore Ende des Emrbyos (werden zu
Polzellen)
4.2.2.e) Gastrulation (Abbildung)
→ die Gastrulation beginnt, wenn sich das zukünftige Mesoderm in der Bauchregion einstülpt
→ zuerst bildet das Mesoderm entlang der mesodermalen Mittellinie eine Furche/Rinne
→ in weiterer Folge bildet sich aus der Rinne eine innenliegende Röhre (wie bei Neuralrohrbildung bei Vertebr.)
→ kurz darauf verlassen die Mesodermzellen die Röhre + wandern im Inneren unter das Ektoderm (bilden dort
später Muskeln + andere Bindegewebe)
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→ das Nervensystem bildet sich aus Zellen, welche die Oberfläche des ventralen Blastoderms verlassen (lagern
sich zw. dem ventralen Ektoderm + Mesoderm zu einer Schicht Neuroplasten zusammen; der
Hauptnervstrang verläuft bei allen Arthropoden auf der ventralen Seite ⇒ bei Wirbeltieren verläuft dieser
auf der dorsalen Seite)
→ der Darm entsteht aus 2 Einstülpungen am anterioren + posterioren Ende (diese Einstülpungen
verschmelzen/fusionieren in der Mitte ⇒ Invagination/Einstülpung des Entoderms; der mittlere Bereich
des Verdauungstraktes wird vom Entoderm gebildet; der vordere + hintere Bereich des Darms vom
Ektoderm)
%
→ weiters breitet sich der Keimstreifen/-band (germ band) aus (Keimstreifen = ventrale Blastoderm; umfasst
die wichtigste Rumpfregion)
→ durch das Ausbreiten des Keimbandes wird die posteriore Rumpfregion auf die dorsale Seite gedrängt
→ nach dem Schieben des Keimband beginnt die Segmentierung
Parasegmente: ⇒ sind die 1. Segmente die entstehen
⇒ unabhängige Entwicklungseinheiten (= gleichmäßig angeordnete Vertiefungen)
⇒ im Embryo gibt es zuerst 14 Parasegmente (3 Mundteile, 3 Thoraxteile, 8 Abdomenteile;
diese Segmentierung ist jedoch nicht identisch mit der Segmentierung der adulten Fliege)
⇒ aus ihnen entwickeln sich später die Segmente der Larve + der adulten Fliege
→ die entgültigen Segmente sind um die ½ versetzt
→ das Keimband bewegt sich schließlich wieder zurück
4.2.2.f) die Larve
→ die Larve schlüpft ca. 24h nach der Befruchtung
→ die unterschiedlichen Bereiche des Larvenkörpers sind schon mehrere Stunden vorher gut ausgebildet
→ Akron: ⇒ Anfangsglied des Kopfteils
⇒ = eine komplexe Struktur
→ Telson: ⇒ Entglied des Abdomen (= Hinterleib bei Gliederfüßern; Unterleib)
→ zwischen Akron + Telson befinden sich 3 Thorax- + 8 Abdominalsegmente (Thorax = zwischen Kopf +
Hinterleibt liegendes mittleres Segment bei Gliederfüßern; Brustkorb)
→ jedes Segment trägt Dentikelstreifen + andere cuticulare Strukturen (sind für jedes Segment charakt.;)
Dentikel: ⇒ lat. Zähnchen
⇒ Verdickungen der Cuticula
⇒ dienen der Lokomotion/Bewegung (sind jedoch keine Extremitäten)
Cuticula: ⇒ = ein dünnes Häutchen
⇒ außen liegende Körperdecke
⇒ besteht hauptsächlich aus Chitin (darum auch Chitinhülle)
⇒ fungiert als Exoskelett
→ die Larve wächst durch fressen
→ sie durchläuft schließlich 2 Häutungen (Larvenstadien; dabei wirft sie ihre Cuticula ab)
→ beim 3. Larvenstadium durchläuft die Larve eine Metamorphose (es kommt zur Verpuppung)
4.2.2.g) Metamorphose (Abbildung)
→ wird von Hormonen beeinflusst
→ das organische Material der Larve wird „eingeschmolzen“
→ jetzt bekommt die Larve Flügel, Beine + andere Organe (diese waren in der Larve vorher als
Imaginalscheiben vorhanden; d.h. die adulte Fliege bildet sich aus den Imaginalscheiben)
Imaginalscheiben: ⇒ sind Plättchen aus zukünftigen Epidermalzellen
⇒ stammen aus dem zellulären Blastoderm
⇒ bestehen aus etwa 40 Zellen
⇒ wachsen während der gesamten Larvenstadien hindurch
⇒ sind in verschiedener Form gefaltet (bilden gefaltete Epithelsäckchen)
⇒ lassen gewisse Ähnlichkeit mit den adulten Organen erkennen
⇒ gibt es für:  jedes der 6 Beine
 für beide Flügel + Haltern (Gleichgewichtsorgane)
 für den Genitalapparat
 die Augen
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 die Antennen
 die Kopfstrukturen
→ in den Abdominalsegmenten befindet sich eine Zellgruppe von ca. 10 Histoblasten (diese Zellen teilen sich
nicht; werden später die äußere Schicht des Insekts bilden ⇒ verschmelzen zur Epidermis)
4.2.3) Fadenwürmer (Nematoda): Caenorhabditis elegans
→ er besitzt keine deutsche Bezeichnung
→ er war der 1. vielzellige Organismus mit vollständig sequenziertem Genom (19 000 Gene)
→ zur Zeit einer der wichtigsten Modellorganismen in der Entwicklungsbiologie
4.2.3.a) die Vorteile des Modellorganismus
→ im Vergleich zu Dorsophila hat er 3x so viele Gene (besitzt große Genduplikationen)
→ einfach aufgebaut (1000 Zellen ohne Keimzellen; im Vergleich: Mensch besitzt 100 Billionen Zellen)
→ seine Zellen gehen immer aus der selben Zelle hervor (kann dadurch die Abstammung jeder Zelle durch eine
Reihe invarianter Zellteilungen bis zum Stadium der Zygote zurückverfolgen)
→ läßt sich genetisch verändern
→ besitzt wie der Zebrafisch einen transparenten Embryo (kann die Entstehung jeder einzelnen Zelle verfolgen;
kann im Lichtmikroskop alle Zellen sehen)
→ besitzt eine einfache Anatomie
→ sie können auf Agarplatten in großer Zahl wachsen
→ Eier + frühe Embryos kann man einfrieren + später wieder auftauen
→ er ist sehr klein (1 mm lang)
→ es ist leicht Inzuchtlinien herzustellen (C. elegans ist ein Hermaphrodit/Zwitter; Selbstbefruchtung ist
möglich; kann so rezessive/nicht in Erscheinung tretende Mutationen sichtbar machen)
→ geschlechtl. Entwicklung ist steuerbar (unter besonderen umständen können sich auch Männchen entwickeln)
→ invariante cell lineage („unabweichliche Zellabstammung“; eindeutige Zuordnung von Zellen im Embryo +
im adulten Organismus möglich)
4.2.3.b) Lebenszyklus des C. elegans
→ die Eizelle des Wurms hat nur einen Ø von 50µm (0,05 mm)
→ die Polkörper bilden sich erst nach der Befruchtung
→ bevor der ♀ + ♂ Zellkern verschmelzen, kommt es zu einer Art unvollständiger Furchung (eigentliche
Furchung setzt erst nach Verschmelzung/Fusion der Zellkerne ein)
→ nach Furchung + Embryogenese (nach dem schlüpfen) dauert es 4 Larvenstadien bis sich ein
geschlechtsreifer, adulter Wurm entwickelt hat
→ die Larve schlüpft bei 20°C nach 15h (was vorerst relativ schnell ist; der gesamte Lebenszyklus dauert dann
doch 50-60h)
→ die Larvenstadien unterscheiden sich nicht vom Adulttier (außer das noch keine Geschlechtsorgane
vorhanden sind)
4.2.3.c) Frühentwicklung
→ die Meiose hat bei der Befruchtung noch nicht begonnen (sie wird erst durch die Befruchtung eingeleitet)
→ wie schon erwähnt entstehen die Polkörperchen erst nach der Befruchtung (1. + 2. Polkörperchen sind die
„Nebenprodukte“ der Meiose in der Eizelle)
→ bevor die Kerne fusionieren kommt es zu einer Art unvollständigen Furchung (= Abortive Furchung)
ABBILDUNG: „Cell lineage in C. elegans“ (Abstammung + Schicksal der Zellen im fühen C. elegans-Embryo)
⇒ die 1. Furchung verläuft asymmetrisch (es entsteht eine größere anteriore AB-Zelle + eine kleine posteriore
P1-Zelle)
⇒ bei der 2. Furchung teilen sich die beiden Zellen in verschiedene Tochterzellen (AB ⇒ ABa + ABp / P1 ⇒ P2
+ EMS)
⇒ in weiterer Folge entstehen durch weitere Furchungen aus AB-Zellen Hypodermis, Neuronen + Muskeln
⇒ EMS teilt sich in E + MS (nur aus E bildet sich der Darm; aus MS Muskeln, Drüsen + Coelomocyten)
⇒ P2 teilt sich in P3 + C (C bildet Muskeln, Hypodermis + Neuronen; Hypodermis = Außenschichten des Wurms)
⇒ P3 teilt sich in P4 + D (D wird zu Muskeln; P4 sind später die Keimbahnzellen  sie durchlaufen die Meiose
+ werden im adulten Tier zu Sperma- od. Eizelle)
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→ auch in weiterer Folge ist das Muster nach dem sich die Zellen teilen genau definiert
→ im 28-Zellstadium hat sich eine Art Blastula gebildet (wird jedoch nicht so bezeichnet; hier setzt auch die
Gastrulation ein)
→ die Zellinie der P-Zellen ist wie bei Stammzellen (nach der Teilung bleibt eine Stammzelle während die
andere sich differneziert)
4.2.3.d) Gastrulation
→ die Gastrulation setzt im 28-Zellstadium ein
→ dies geschieht sobald die Nachkommen der E-Zelle nach innen wandern (E-Zellen liegen außen ⇒ teilen sich
⇒ Gastrulation/Invagination beginnt; E-Zellen bilden später das Entoderm ⇒ aus ihm entseht der Darm; E
steht für Entoderm)
→ nicht alle Zellen, die sich während der Embryonalentwicklung nach diesem Schema teilen überleben
(Apoptose/programmierte Zelltod ist ein integraler Bestandteil von C. elegans; so wird das Aussehen des
Wurms durch ein genau programmiertes + koordiniertes Zellsterben mitverursacht; Gene die auch beim
Menschen in die Apoptose involiert sind, kennt man aufgrund von Apoptosemutanten bei C. elegans)
4.2.3.e) die Larve (Abbildung)
→ die geschlüpfte Larve enthält 558 Zellkerne (der erwachsene Hermaphrodit 959 somatische Zellkerne ⇒ die
Zahl der Keimzellen ist variabel; es werden bewusst Zellkerne gezählt + nicht Zellen ⇒ manche Zellen sind
Syncytien)
→ sie ähnelt dem adulten Tier (ist jedoch noch nicht geschlechtsreif)
→ die Larve besitzt auch noch keine Vulva (= für die Reproduktion erforderlich; med.: äußeren
Geschlechtsorgane der Frau)
→ die Entwicklung der Larve passiert auf 4 Häutungen (Larvenstadien)
→ die Vulva entwickelt sich schließlich aus dem Gonadenprimortium (das Gonadenprimortium enthält diplide
Keimzelle die später in die sich entwickelnden Geschlechtsorgane einwandern; Gonaden =
Keim-/Geschlechtsdrüsen)
→ die Zellen die im erwachsenen Tier hinzukommen, stammen zum größten Teil von Vorläuferblastenzellen
(= P-Zellen; das „P“ steht für „precursor“ ⇒ Vorläufer; d.h. die Zellen gehen immer auf die gleiche Art +
Weise aus ihren Vorläuferzellen hervor)
→ die Entwicklung der Geschlechtsorgane bei C. elegans ist wie bei Pflanzen ⇒ sie entstehen erst später (Ggs.
Bsp. Mensch: wir haben schon seit der Geburt Geschlechsorgane)
4.3) PLANTAE (PFLANZEN)
→ Pflanzen standen bislang nicht so im Vordergrund der Entwicklungsbiologen, wie Tiere
→ zwischen der Entwicklung von Pflanzen + Tieren gibt es einige wichtige Unterschiede
→ bei Pflanzen fehlt Zellwanderung + Gewebeverlagerung (dafür spielen bei der Morphogense Zellteilung +
Zellexpansion eine wichtige Rolle)
→ es gibt auch nichts was der Gastrulation entsprechen würde
→ eine Besonderheit bei Pflanzen ist, dass sämtliche adulte Strukturen aus Meristemen hervorgehen
Mersitem: ⇒ ist eine Gruppe von undifferenzierten, teilungsfähigen Zellen
⇒ sie sitzen an den wachsenden Spitzen von Pflanzen
⇒ ist ein Gewebe, das während des gesamten Lebens einer Pflanze im embryonalen Zustand
verharrt (erlaubt + so der Pflanze unbegrenztes Wachstum; bleibt ständig in Bereitschaft der
mitotischen Teilung)
⇒ aus ihnen entstehen sämtliche adulte Strukturen (Sproß, Blätter, Blüten + Wurzeln)
4.3.1) Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand)
→ auch Brunnenkresse genannt
→ ist die Modellpflanze für höhere Pflanzen
→ zählt zu den Tracheobionta (Gefäßpflanzen)
→ ist eine kleine einjährige Pflanze (ca. 10-15cm groß)
→ zählt zu den Dikotyledonen (besitzen 2 Keimblätter; im ggs. zu Monokotyledonen)
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→ für die Erforschung der Pflanzenentwicklung besitzt sie eine ähnliche Bedeutung wie Drosophila für die
Tierentwicklung
→ war die 1. Pflanze bei der das Genom komplett entschlüsselt wurde
→ besteht aus 25.000 Genen (sind mehr Gene als bei Drosophila od. C. elegans; sind aber auch nicht viel
weniger als bei Maus od. Mensch ⇒ Mensch ca. 35.000 Gene)
Kotyledonen: ⇒ Keimblätter
⇒ sind die 1. Blattanlagen eines pfl. Embryos
⇒ sind Speicherorgane (speichern die 1. Nährstoffe)
4.3.1.a) Vorteile des Modellorganismus
→ besitzt ein kleines Genom
→ viele Mutanten
→ da sie Zwittrig ist können durch Selbstbefruchtung Inzuchtlinien hergestellt werden
4.3.1.b) Lebenszyklus von Arabidopsis (Abbildung)
→ durchläuft einen Lebenszyklus von 6 Wochen
→ es gibt einen Generationswechsel (also eine Abfolge von Sporophyt und Gametophyt)
→ zuerst kommt es zur Gametogenese + Befruchtung (es handelt sich um eine doppelte Befruchtung)
→ im Fruchtknoten wird die Eizelle durch den männlichen Zellkern eines Pollenkorns befruchtet
→ die Eizelle entwickelt sich zu einem Embryo (befindet sich im Inneren des Fruchtknotens)
→ der Embryo beginnt einen Samen zu entwickeln
→ es kommt zur Embryogenese
→ darauf folgt die Keimung
→ der reife Embryo besitzt 2 flügelähnliche Keimblätter/Kotyledonen am apikalen Ende (= Sproß) der Hauptachse
→ nach der Keimung entwickelt sich der Keimling zu einer Pflanze mit Wurzeln, Stängel, Blättern + Blüten
4.3.1.c) die Blüte
→ die Gameten/Geschlechtszellen werden in den Blüten gebildet
→ bei Blütenpflanzen befinden sich die Eizellen einzeln in Samenanlagen in den Fruchtblättern
→ im Fruchtknoten wird die Eizelle durch ein Pollenkorn befruchtet
→ die Pflanze bildet eine kleine bodenständige Blattrosette (daraus wächst ein verzweigter Blütenstängel ⇒
besitzt einen Blütenstand am Ende jeder Verzweigung)
→ jede Blüte besteht aus 4 Kelchblättern (Sepalen)
→ die Kelchblätter werden von 4 weißen Blütenblättern (Petalen) umgeben
→ im Inneren der Blütenblätter befinden sich 6 Staublätter (Stamina)
→ die Staublätter enthalten den männl. Pollen sowie den Fruchtknoten (wird aus 2 Furchtblättern/Carpellen
gebildet)
→ der Furchtknoten enthält die Samenanlagen
→ Samenanlage: ⇒ weibliche Gameten
⇒ hat eine Mikropyle (eine Öffnung in der Samenanlage; der Pollenschlauch kann hier eintreten)
⇒ darin befindet sich der Embryosack (besteht aus 8 Zellen ⇒ eine davon ist die Eizelle)
→ jede Samenanlage enthält eine Eizelle
→ Pollenkorn: ⇒ männliche Gameten
⇒ es ist 2 od. 3 zellig
⇒ Pollen landet auf dem Griffel des Fruchtkontens (treibt anschließend einen Pollenschlauch
nach unten aus  dringt in die Mikropyle ein + entlässt die freien Spermakerne)
4.3.1.d) Embryonalentwicklung
→ in der Samenanlage wird das befruchtete Ei von einem speziellen Nährgewebe umgeben (= Endosperm;
dient während der Embryonalentwicklung als Nährstoffquelle; die Eizelle ist eine ovale Zelle + enthält kaum
Speicherstoffe + sehr wenig Cytoplasma ⇒ sie muss daher von außen ernährt werden; anders beim Tier: ein
tier. Embryo entwickelt sich erst einmal aufgrund von Reservestoffen, die in der Eizelle vorhanden sind; ein
pfl. Embryo ist von vornherein angewiesen auf die Ernährung durch das umgebende Gewebe)
→ wie bei C. elegans ist die erste Zellteilung der Zygote asymmetrisch (die Ebene der Zellteilung spielt eine
ganz wichtige Rolle bei der Bestimmung des Schicksals der einzelnen Zellen in einer Pflanze, da es nicht zu
Zellwanderungen kommt)
→ nach der Befruchtung entwickelt sich der Embryo im Inneren der Samenanlage
→ der frühe Embryo besteht schließlich nach mehreren Zellteilungen aus einer Vielzahl kleiner,
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undifferenzierter Zellen
→ aus diesen Zellen entwickeln sich später 3 wichtige Gewebe:
1) äußere Epidermis
2) das zukünftige Gefäßgewebe (verläuft im Zentrum der Hauptachse + der Keimblätter)
3) das Grundgewebe (umgibt das Gefäßgewebe)
→ Apikalmeristeme entwickeln sich an jedem Ende der Hauptachse + bilden die Wurzeln + den Sproß des
Keimlings
→ die Samenanlage die nun einen Embryo enthält reift schließlich zu einem Samenkorn (es ruht so lange bis
geeignete äußere Bedingungen die Keimung auslösen)
ABBILDUNG: „Embryonalentwicklung von Arabidopsis“
Bild 1: ⇒ die frühe Zellteilung führt zu einem Embryo der aus 2 Teilen besteht:
1) dem eigentlichen Embryo
2) dem Suspensor (verankert den Embryo am mütterlichen Gewebe; dient als Nahrungsquelle)
⇒ im 8-Zellstadium kann man den eigentlichen Embryo schon deutlich vom Suspensor unterscheiden (
⇒ man kann in diesem frühen Stadium schon sehr gut einen Anlageplan erstellen
⇒ die obere Zellreihe bildet die Keimblätter, die nächste Reihe besteht aus Hypokotyl + der
Suspensorbreich wird da wo er auf den Embryo trifft zur Wurzel
⇒ im 16-Zellstadium ist die epidermale Schicht vorhanden
⇒ wenig später kann man das zukünftige Gefäßgewebe + das Grundgewebe erkennen
Bild 2: ⇒ hier wird das sog. Herzstadium erreicht
⇒ die beiden Keimblätter weisen eine flügelartige Struktur auf
Bild 3: ⇒ Keimblätter + Hypokotyl dehnen sich weiter aus
Bild 4: ⇒ ein reifes Samenkorn/Embryo ist entstanden
⇒ das zukünftige apikale Sproßmeristem ist ein kleiner Zellhaufen zw. den Keimblättern (bleibt bis zur
Keimung im Ruhezustand)
⇒ zuletzt wird der Embryo in eine Samenhülle eingeschlossen (wartet darin auf die Keimung)
→ Hypophyse ist ein Abkömmling der B-Zelle (alles andere ist ein Abkömmling der A-Zelle)
4.3.1.e) Keimung
→ die frühen Stadien der Keimung + das Wachstum des Sämlings hängen von den Nährstoffen ab (sind in den
Kotyledonen gespeichert)
→ das Meristem wird erst nach dem Embryonalstadium aktiv (das weitere Wachstum erfolgt ab hier nur noch
aus Meristemen)
→ durch Zellteilung im Sproßmeristem kommt es zu einem apikalen Wachstum + zur Bildung von Blättern
→ Sproß + Wurzel werden länger + kommen aus dem Samenkorn hervor
→ gelangt der Sproß an die Erdoberfläche beginnt er mit der Photosynthese
→ an der Sprossspitze beginnen sich die 1. richtigen Blätter zu bilden
→ ca. 4 Tage nach der Keimung ist aus dem Sämling eine Pflanze geworden (kann sich dann schon selbst
versorgen)
→ in der adulten Pflanze bildet das Sproßmeristem den Stiel + die Blätter (danach wandelt es sich in ein
Blütenstandsmeristem um; es bringt schließlich Blütenmeristeme hervor ⇒ jedes einzelne davon wird zu
einer Blüte; in weiterer Folge entstehen nacheinander Kelchblätter, Blütenblätter, Staubblätter +
Fruchtblätter)
5) IDENTIFIKATION VON ENTWICKLUNGSGENEN
5.1) ENTWICKLUNGSGENE
→ wenn man herausfinden möchte wie Gene die Embryonalentwicklung steuern, muß man zuerst die Gene
identifizieren die in Entwicklungsprozessen involiert sind
→ um dies herauszufinden gibt es eine Vielzahl an Methoden (es kommt darauf an um welchen Organismus es
sich handelt)
→ man kann im Groben 2 Methoden unterscheiden:
1) Vorwärtsgenetik (ist die Methode mit der man Mutanten erzeugt)
2) Rückwärts-/Reversegenetik
→ nur einige Modellorganismen sind für genetische Untersuchungen geeignet
→ schlecht bzw. nicht geeignet sind Amphibien + Vögel (also Xenopus + Huhn)
der Grund: ⇒ langer Lebenszyklus (Brutzeit ist viel zu lang)
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⇒ großes Genom (Xenopus ist tetraploid: man hat von jedem Gen 4  man kommt daher nie
auf den haploiden Zustand  dadurch bekommt man nie Mutanten; das Huhn besitzt
wegen des großen Genoms viele Gendublikationen  wenn man eines ausschaltet ist
immer noch ein Gen da das sich einschaltet + dieses ersetzt  darum wenige Mutanten)
⇒ es gibt einen Mangel an Mutanten
⇒ das Fehlen genetischer Verfahren (Transformation)
⇒ über Amphibien ist so gut wie nichts bekannt
→ es werden nur Gene aus geeigneten Modellorganismen isoliert + anschließend in homologen Genen in Frosch
+ Huhn analysiert
homologes Gen: ⇒ hat man in einer Tierart ein wichtiges Entwicklungsgen identifiziert, kann man dies mit
anderen Tiergenen vergleichen (sucht bei diesem Tier nach einem homologen Gen)
⇒ es ist ein Gen mit ähnlicher Nukleotidsequenz (zeigt die Abstammung von einem
gemeinsamen Vorfahren an)
5.1.1) Mutationen
→ Gene, welche die Entwicklung steuern, können mit Hilfe von Mutationen identifiziert werden (diese
Mutationen wirken sich auf die Embryonalentwicklung aus)
→ die Suche nach Mutationen ist eine recht gute Methode (d.h. die Verwendung von Mutanten)
→ Maus, Zebrafisch, Drosophila + Arabidopsis eignen sich sehr gut zur Mutantenherstellung
→ interessant sind solche Mutationen die die Frühentwicklung betreffen (man kann hier relativ leicht Mutanten
bekommen ⇒ Embryolethalmutanten)
→ es müssen sehr strenge Kriterien angewandt werden um die Mutanten zu finden die die Entwicklung betreffen
+ nicht nur einige lebensnotwendige Vorgänge (diese Mutationen betreffen einige übliche
Haushaltsfunktionen ⇒ ohne diese kann das Tier nicht überleben)
embryonale Letalität:⇒ Letalität ist die Wahrscheinlichkeit an einer Krankheit zu sterben
⇒ ist ein einfaches Kriterium für eine Entwicklungsmutation
⇒ dabei werden jedoch auch Mutationen in Genen erfasst, die an Haushaltsfunktionen
beteiligt sind
⇒ vielversprechend sind dabei jedoch jene Mutationen, die in der
Embryonalentwicklung anomale Muster hervorrufen
Geschichte
⇒ William Bateson (1894):  meristische Variation (Zahl an Organen, Geometrie des Körpers)
 substantive Variation (Natur, Farbe + Identität von Organen)
 homöotische Transformationen (Veränderungen der Identität von Organen)
⇒ Calvin Bridges (1915):  1. homöotische Mutante (Drosophila)
→ Identitätsmutatnen = homöotische Mutanten (ist im Prinzip das gleiche; Bsp.: Drosophila:
Identitätsveränderung eines Organs  Fühler werden zu Beinen  Identität hat sich geändert /=
homöotischer Mutant)
5.2) IDENTIFIZIERUNG VON ENTWICKLUNGSGENEN DURCH SPONTANMUTATIONEN
→ viele Gene die die Entwicklung beeinflussen wurden durch spontane Mutanionen aufgespürt
→ diese Spontanmutationen beeinträchtigen die Funktion der Gene + führen zu einem anomalen Phänotyp
→ Spontanmutationen sind jedoch selten
5.2.1) Auslösen von Spontanmutationen
→ mit chem. Mutagenen od. Röntgenstrahlen kann man groß angelegte Mutageneseexperimente durchführen
→ dadurch wird die Zahl der Spontanmutationen erhöht
→ anschließend sucht man nach Entwicklungsmutationen
5.2.2) genetische Charakterisierung
→ Mutationen werden grob danach unterschieden ob sie dominant od. rezessiv sind (Abb.: „Mutationstypen“)
5.2.2.a) dominante od. semidominante Mutationen
→ diese Mutationen führen auch dann zu einem bestimmten Phänotyp, wenn sie nur in einem der beiden Allele
vorkommen (wirken sich auch im heterozygoten Zustand aus)
→ die dominanten Mutationen sind leichter zu erkennen (besonders wenn sie die Gesamtanatomie od. die
Färbung betreffen)
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→ echte dominante Mutationen sind jedoch selten
Allel: ⇒ ist die Zustandsform eines Gens
⇒ bei diploiden Organismen liegen in jedem Individuum die Gene in jeder Zelle 2 Allelen vor (diese
können gleich od. unterschiedlich sein)
ABBILDUNG: „Genetik der semidominanten Mutation in Brachyury (T) bei der Maus“
⇒ die Mutation im Mausgen Brachyury (T) ist ein klassisches Bsp. der semidominanten Mutation
⇒ diese Mutation wirkt sich auf die Mesodermentwicklung aus
⇒ die Mutation hat man entdeckt, weil Mäuse, die diese Mutation in sich tragen, eine kurzen Schwanz besitzen
⇒ sie sind hinsichtlich dieser Mutation heterozygot
Ablauf:
⇒ ein Männchen ist heterozygot (trägt die T-Mutation in sich  T/+; hat folglich einen kurzen Schwanz;
schwacher Mutantenzygot)
⇒ dieses Männchen wird mit einem normalen Weibchen (Wildtyp, +/+) gekreuzt
⇒ einige der Nachkommen sind heterozygot (haben auch wieder kurze Schwänze) + einige sind normal
⇒ kreuzt man nun 2 heterozygote Tiere miteinander, werden einige der Nachkommen bezüglich dieser Mutation
homozygot sein (T/T; ist ein starker Mutantenzygot)
⇒ diese Mutation führt zu einer schweren + tödlichen Entwicklungsanomalie (das posteriore Mesoderm
entwickelt sich nicht)
⇒ die homozygote Mutation zeigt an, das das Gen für die normale Embryonalentwicklung erforderlich ist
⇒ bei der heterozygoten Mutation ist der Defekt relativ gering (die normale Kopie des Gens kann die Ausfälle
bis zu einem gewissen Grad ausgleichen)
⇒ das Gen konnte man schließlich mit klassischen Genkartierungstechniken einer bestimmten Stelle auf einem
Chromosom zuordnen
⇒ mittlerweile hat man es auch schon kloniert (d.h. es wurde in reiner Form isoliert  so kann es sequenziert
od. für andere molekulare Studien eingesetzt werden ⇒ Positionsklonierung)
5.2.2.b) rezessive Mutationen
→ hier ändert der Phänotyp sich nur dann, wenn die Mutation in beiden Allenen eines Paares vorkommt (wirken
sich nur im homozygoten Zustand aus; Bsp.: die Mutation der weißen Augen bei Drosophila)
→ rezessive Mutationen zu finden ist sehr viel aufwendiger
Grund: die Heterozygote hat den selben Phänotyp wie der normale Wildtyp
→ man benötigt ein sorgfältig ausgearbeitetes Zuchtprogramm um homozygote Tiere zu erhalten (Bsp.: bei
Säugetieren kann man rezessive Entwicklungsmutationen, die zum Tode führen können, nur durch
sorgfältige Beobachtung + Analyse erkennen, da die Homozygoten möglicherweise schon in der Mutter
unbemerkt sterben können)
5.3) IDENTIFIZIERUNG VON ENTW.GENEN DURCH INDUKTION VON MUTANTEN +
GEZIELTES SCREENING
(Induktion: siehe 1.2.4)
5.3.1) Induktion von Mutanten
→ geeignete Mutationen sind selten (diese gilt es jedoch zu finden)
→ man wendet wieder die vorhin erwähnte Methode an (5.2.1. ⇒ Auslösen von Zufallsmutationen; Organismen
werden behandelt ⇒ mit Chemikalien ⇒ mit Röngtenstrahlen)
→ allerdings versucht man hier nach Möglichkeit eine große Population zu behandeln (nimmt dadurch
Organismen die sich sehr rasch vermehren + sich problemlos halten lassen; z.B. Zebrafisch ⇒ weiterer
Vorteil ⇒ Transparenz der Embryonen)
→ jedes Gen des Genoms ist schließlich Mutiert
5.3.2) Screening
→ wenn alle Gene Mutiert sind, wird ein Suchprogramm (Screening) gestartet
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5.3.2.a) beim Zebrafisch
→ um beim Zebrafisch ein gezieltes Suchprogramm durchführen zu können, benötigt man 3
aufeinanderfolgende Generationen
ABBILDUNG: „genetische Auswahlverfahren für homozygote mutante Zebrafischembryonen “
⇒ männliche Fische werden mit einem Mutagen behandelt
⇒ danach werden sie mit Wildtypweibchen (+/+) gepaart
⇒ es entstehen F1-Nachkommen (+/+*; jedes Individuum dieser Nachkommen ist für ein anders mutiertes Gen
heterozygot)
⇒ die männlichen F1-Nachkommen werden wieder mit Wildtypweibchen gepaart
⇒ F2-Nachkommen sind entstanden
⇒ in weiterer Folge werden F2-Geschwister untereinander gekreuzt
⇒ es entstehen F3-Nachkommen (diese werden auf homozygote mutante Phänotypen untersucht
→ es gibt bei Zebrafischen eine weitere Methode um Mutanten zu erzeugen
→ man bestrahlt Spermien stark mit UV-Licht
→ danach befruchtet man eine Eizelle mit den bestrahlten Spermien
→ auf diese Weise können sich Zebrafische auch haploid entwickeln
→ durch diese Methode kann man früh wirkende rezessive Mutationen entdecken (man muß die Fische nicht
kreuzen um homozygote Embryonen zu erhalten)
5.3.2b) bei Drosophila
→ bei Drosophila ist das gleichmäßige Dentikelmuster der Larve sehr hilfreich (anhand von
Musterunregelmäßigkeiten kann man Musterveränderungen sehr schnell erkennen; auf diese weise ist man
auf die Schlüsselgene, die an der Musterbildung beteiligt sind, beim frühen Drosophila-Embryo gestoßen ⇒
viel von ihnen sind mittlerweile kloniert)
→ bei Drosophila hat man in vielen Genen, die an der Steuerung der frühen Entwicklung beteiligt sind, rezessive
Mutationen gefunden
→ ein spezielles Suchprogramm wurde von Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard + Eric Wieschaus
entwickelt (haben große Fliegenpopulationen chem. Mutagenisiert, gezüchtet + anschließend nach
entsprechenden Mutationen gesucht; bekamen 1995 den Nobelpreis dafür)
→ durch die große Nachkommenschaft war es wichtig eine Strategie zu erarbeiten, durch die die Anzahl der
Fliegen reduziert werden konnte (beschränkte sich daher nur auf Mutationen in immer nur einem
Chromosom; bei diesem System wurden die Fliegen automatisch aus der Population ausgeschlossen ⇒
trugen ganz sicher kein mutiertes Chromosom)
ABBILDUNG: „Identifizierung von Entwicklungsmutanten in Drosoph. mittels Mutagenese + genet. Screening “
⇒ einer großen Anzahl an männlichen Fliegen, wurde das Mutagen Ethylmethnsulfonat (EMS) verabreicht
(a/a; es wurde ein bestimmtes Chromosom ausgesucht, dass rezessiv wirkt; d.h. eine rezessive Mutation
hervorruft; es wurde eine bestimmte rezessive Mutation ausgesucht, mit der die Tiere auch homozygot noch
lebensfähig sind + bei denen man den Phänotyp bei ausgewachsenen Fliegen noch leicht erkennen kann;
z.B. weiße Augen)
⇒ die behandelten männchen tragen nun in ihren Spermien eine Vielzahl an Mutationen (a*)
1. Kreuzung:
⇒ die behandelten männchen (a/a) paaren sich nun mit unbehandelten Weibchen (DTS/b; abgesehen von diesen
Mutationen entsprechen sie ansonsten dem Wildtyp)
DTS:  steht für temperaturabhängige Lebensfähigkeit
 die Weibchen sind nur unter 29°C lebensfähig
b: ist eine rezessiv letale Mutation (letal: zum Tode führend; tödlich)
 hat nichts mit der Entwicklung zu tun
Balancer-Chromosom:  trägt jedes Weibchen (im Bild nicht dargestellt)
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
verhindert die Rekombination während der Meiose (verhindert
Rekombination im weiblichen Chromosom; verhindert die Rekombination
von männlichen + weiblichen Chromosomen im Weibchen)
⇒ die entstandenen Nachkommen sind nicht alle lebensfähig (b/b Fliegen sterben)
b/b: sind embryonal letal
 homozygote Mutation
 Embryo stirbt normal aussehend
DTS/b:  Fliegen sterben bei 29°C
a*/DTS: Fliegen sterben bei 29°C
a*/b:  heterozygot lebensfähiger Stamm
2. Kreuzung:
⇒ in Folge werden heterozygote Männchen (a*/b) der 1. Kreuzung nocheinmal mit DTS/b-Weibchen gepaart
⇒ hier überleben nur die a*/b-Fliegen (die Temperatur wird auf 29°C erhöht  die Fliegen mit der DTSMutation sterben; b/b-Embryos sterben sowieso)
3.Kreuzung:
⇒ es werden die Geschwister miteinander gepaart
⇒ jetzt kann man nach Musterbildungsmutanten suchen
⇒ 3 verschiedene Ergebnisse sind möglich: 1) a*/a* (homozygot; wissenschaftlich interessant ?)
2) a*/b (heterozygot)
3) b/b (homozygot)
Ergebnis (a*/a*):
1.⇒ sollten Fliegen mit weißen Augen entstanden sein, kann man diese verwerfen (selbst wenn sie für die
Mutation homozygot waren; diese Mutation ist nicht interessant)
⇒ man könnte sie aus dem Grund verwerfen, da sich trotz induzierter a*-Mutation ausgewachsene Fliegen
bilden konnten (die Fliegen enthalten den ursprünglichen männlichen Phänotyp)
2.⇒ falls a* eine für die Larve tödliche Musterbildung ist, dann gibt es keine erwachsenen Fliegen
⇒ diese Mutation ist interessant, weil die Embryonen vermutlich an einer anomalen Entwicklung gestorben
sind (sie können auch an der Reifung gehindert worden sein)
⇒ die im Larvenstadium befindlichen Embryonen kann man nach Musterbildungsdefekten untersuchen
⇒ die heterozygoten a*/b-Fliegen werden für weitere Züchtungen eingesetzt, um die Mutation weiter zu
untersuchen
→ leider gibt es beim Zebrafisch kein automatisches Auswahlverfahren (wie bei Drosophila)
6) DAS GRUNDMUSTER DES VERTEBRATENKÖRPERS
→ trotz ihrer vielen äußerlichen Unterschiede ähneln sich alle Wirbeltiere in ihrem Grundbauplan
6.1) DIE KÖRPERHAUPTACHSEN
anterio-posteriore Achse: → auch Längsachse genannt
→ Achse, die Kopf- (anterior) + Schwanz (posterior)-Ende eines Tieres definiert
→ bei Pflanzen ist anterio-posterior die Wachstumsspitze bis zur Wurzel
→ ist die wichtigste Körperachse
Dorsoventralachse: → auch dorso-ventrale Polarität genannt (dorso/Rücken-venral/Bauch Achse)
→ Achse, die das Verhältnis zwischen Ober- od. Rückenseite (dorsal) + Unter- od.
Bauchseite (ventral) eines Organismus od. einer Struktur definiert
→ der Mund bestimmt wo sich die Bauchseite befindet (der Mund befindet sich immer
ventral)
→ die beiden Achsen legen automatisch die linke + die rechte Seite des Embryos fest
→ es gibt eine Asymmetrie einzelner Organe (z.B. Herz + Leber sind asymmetrisch angeordnet)
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→ alle Wirbeltiere besitzen eine segmentierte Wirbelsäule:
⇒ umgibt das Rückenmark
⇒ am anterioren Ende befindet sich das Gehirn (wird von einem knöchernen od. knorpeligen Schädel
umschlossen)
→ Wirbeltiere besitzen eine bilaterale Symmetrie (viele Strukturen befinden sich paarweise zu beiden Seiten
der Mittellinie
6.1.1) die Frühentwicklung
→ die frühe Entwicklung verläuft sehr verschieden
→ die Eier von Frosch (Xenopus), Huhn, Maus + Zebrafisch sind sehr unterschiedlich groß
→ einen großen Unterschied gibt es bezüglich der Art + dem Zeitpunkt von Achsenaufbau + früher
Musterbildung (die Unterschiede habe vor allem mit der unterschiedlichen Art der Fortpflanzung zu tun; der
größte Unterschied in der Entwicklung von Wirbeltieren liegt im Aufbau der Körperhauptachsen)
maternale Gene: ⇒ matern: zur Mutter gehörend; mütterlich
⇒ maternale Faktoren, die während der Oogenese ins Ei eingebracht wurden (Oogenses =
Entwicklung des Eies)
⇒ sie können auch die Verteilung der Faktoren im Ei beeinflussen
⇒ d.h. maternale Gene wirken während der Entwicklung des Eies + beeinflussen die
anschließende Embryonalentwicklung durch maternale Faktoren (dies können Proteine +
mRNAs sein ⇒ gelangen während der Oogenese in das Ei)
⇒ sie steuern nicht nur welche Prot. + mRNAs in ein Ei gelangen, sondern auch wie sie
innerhalb des Eies verteilt werden
zygotische Gene: ⇒ werden im dem sich entwickelnden Embryo selbst exprimiert (exprimieren: etwas durch
Druck entleeren; herausdrücken)
6.1.2) phylotypisches Stadium
→ alle Wirbeltierembryonen durchlaufen ein gemeinsames Stadium (als phylotypisches Stadium bezeichnet;
sehen hier fast gleich aus; Besonderheiten wie Schnäbel, Flügel + Flossen entwickeln sich erst später)
→ Gemeinsamkeiten in diesem Stadium:
⇒ in diesem Stadium ist der Kopf deutlich erkennbar
⇒ das Neuralrohr verläuft entlang der dorsalen Mittellinie
⇒ unter dem Neuralrohr befindet sich die Chorda dorsalis (Notochord)
⇒ die Chorda dorsalis wird auf beiden Seiten von mesodermalen Somiten flankiert
→ nach diesem Stadium entwickeln sich die Tiere wieder sehr unterschiedlich
6. 2) DER IN SITU-NACHWEIS EINER GENEXPRESSION
6.2.1)in situ-Hybridisierung
→ die in situ-Hybridisierung (ISH) ist ein Verfahren um mRNA in einem Gewebe od. einem ganzen Embryo
sichtbar zu machen
→ bei diesem Verfahren werden nur jene Zellen eingefärbt (hybridisiert; hybridisieren = „kreuzen“, Artenkreuzen) in
denen das zu untersuchende Gen aktiv ist (also ein Gen das gerade transkripiert wird)
→ man kann mit diesem Verfahren die Aktivität eines Gens bsp.sweise während der Embryogenese in situ verfolgen
→ man unterscheidet RNA-ISH + DNA-ISH (letztere ist das ältere Verfahren; wird jedoch nicht mehr oft
eingesetzt; RNA-ISH ist etwas sensitiver; sensitiv = leicht reizbar, überempfindlich)
→ für RNA- ISH wird eine antisense RNA-Sonde eingesetzt
→ für DNA-ISH wird eine zur mRNA komplementäre DNA eingesetzt
antisense RNA: ⇒ ist eine Möglichkeit Gene auszuschalten
⇒ es wird eine Negativkopie des antisense-Gens in den Organismus geschleust (mRNA wird
dabei ausgelöscht; das Proteinmolekül kann nicht mehr hergestellt werden; d.h. die
anitsense-RNA verbindet sich mit der mRNA zu einem Doppelstrang ⇒ mRNA kann so
nicht vom Ribosom abgelesen werden)
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⇒ in Folge die doppelsträngige RNA wird von den RNA-Interferenz-Mechansimen (RNAi)
rasch abgebaut
⇒ die Antisense-RNA wird auch in der Gentechnologie eingesetzt (Bsp.: „Antimatsch-Tomate“
⇒ hier wurde ein künstliches Gen in die Tomate eingebracht, welches antisense-RNA
gegen ein am Reifungsprozeß beteiligtes Gen produzierte ⇒ der Reifungsprozeß konnte
verzögert werden)
→ um die Sonde wiederzufinden kann man sie auf unterschiedliche Weise Markieren:
⇒ mit einem radioaktiven Isotop (werden mittels Autoradiograophie aufgespürt)
⇒ mit einem Fluoreszenzfarbstoff (lassen sich direkt auswerten)
⇒ mit einem Enzym für histochem. Nachweise (muß hier ein Substrat zugeben  erzeugt lokal ein
gefärbtes Produkt)
6.2.2) das Verfahren (Abbildungen)
⇒ die einzelsträngige antisense-RNA Sonde ist komplementär für A (trägt die Markierung A*)
⇒ man hat nun eine Mischung aus einzelsträngigen mRNA Molekülen in einer Zelle
⇒ beide werden vermischt
⇒ trifft die Sonde nun auf einen komplementären Abschnitt der mRNA, hybridisiert sie mit diesem (lagern sich
fest aneinander)
⇒ je nachdem was für eine Färbemethode man angewandt hat, kann man nun die komplementäre RNA
lokalisieren
6.2.2.a) Totalpräparate
⇒ das embryonale od. adulte Gewebe muß für die Färbung zunächst in formaldehydhaltigen Lösungen fixiert
werden (die Aktivität kann daher nicht in Echtzeit verfolgt werden; ist nur eine Momentaufnahme des
Zustands in dem sich das Gewebe befand, als es fixiert wurde; in der Abb. werden Embryonen fixiert)
⇒ anschließend wird es in einen formamidhaltigen Puffer überführt
⇒ die markierte Sonde wird dazugegeben (in der Abb. ist sie mit einem Enzym markiert)
⇒ die Hybridisierungszeit hängt von der Größe des Embryos ab (dauert mindestens einige Stunden)
⇒ in dieser Zeit diffundiert die Sonde durch das Gewebe
⇒ sie bindet überall dort, wo sich komplementäre Sequenzen in der mRNA finden
⇒ schließlich folgen einige Waschschritte (überschüssige, nicht gebundene Sonden werden ausgewaschen)
⇒ die Sonde wird nun durch eine Farbreaktion sichtbar gemacht
⇒ am Schluß kann das Gewebe unter dem Mikroskop analysiert + dokumentiert werden
6.2.2.b) ISH an Gewebe-Dünschnitten
⇒ auf diese Weise können auch größere Präparate untersucht werden
⇒ die Embryonen werden wieder in einer formaldehydhaltigen Lösung fixiert
⇒ der Embryo kann nun eingefroren werden od. in Wachs eingebettet werden
⇒ für die anschließende Autoradiographie wird der Embryo nun in dünne Schnitte geschnitten (z.B. es wird ein
ca. 25μm dünner Gefrierschnitt gemacht)
⇒ die Schnitte werden in Folge auf Objektträger gelegt
⇒ dort werden sie mit einer radioaktiv markierten Sonde inkubiert
⇒ der Objektträger wird anschließend in eine photographische Emulsion getaucht (die Lösung wird entwickelt)
⇒ danach wird der Objektträger unter einem Mikroskop untersucht
6.2.2.c) Asymmetrische Verteilung von Vg-1
⇒ ein bestimmtes maternales mRNA codiert das Signalprotein Vg-1 (gehört zur TGF-β Familie; Vg-1 ist ein
Wachstumsfaktor im Amphibienei)
⇒ die Vg-1 mRNA befindet sich am vegetativen Pol des befruchteten Eies
⇒ durch die ISH + anschließende Autoradiographie kann die Vg-1-mRNA nachgewiesen werden
⇒ Vg-1-mRNA wird während der frühen Oogenese synthetisiert (wird anschließend in die vegetative Rinde von
ausgewachsenen Oocysten eingelagert)
6.3) AUFBAU DER KÖRPERHAUPTACHSEN BEI XENOPUS
→ Xenopus leavis ist der wichtigste Modellorganismus für die Achsenfestlegung
→ die animal-vegetative Achse wird bei Xenopus maternal festgelegt
→ Beschaffenheit des Eies siehe 4.1.3.c
→ Furchungsteilungen siehe 4.1.3.d
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6.3.1) die Aufteilung der maternalen Proteine + mRNAs entlang der animal-vegetativen Achse
→ die Prot. + mRNAs sind vor der Furchung etwas unterschiedl. entlang der animal-vegetativen Achse verteilt
→ einige von den mRNAs codierten Proteine gehören zur Familie von Signalmolekülen (für die Entwicklung
von großer Bedeutung; spielen eine Rolle bei der Festlegung der frühen Polarität + bei der Induktion des
Mesoderms)
→ diese Signalproteine fungieren während der Entwicklung als Signale zwischen den Zellen
→ es gibt 7 Familien von Signalproteinen:
1) Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF; Fibroblast Growth Factor)
⇒ es gibt 10 Säugetier-FGFs (FGF1 bis FGF10) + eFGF
⇒ Rezeptor: Rezeptortyrosinkinasen
⇒ Bsp. in der Entwicklung:  Induktion des Rückenmarks
 Signal aus der apikalen Leiste der Wirbeltiergliedmaßen
2) epidermale Wachstumsfaktoren (EGF; Epidermal Growth Faktor)
⇒ Rezeptor: EGF-Rezeptor
⇒ Bsp.: in der Entwicklung: Insektenaugen
3) Transformierender Wachstumsfaktor β (TGF- β; Transforming Growth Factor)
⇒ ist eine Große Familie; dazu gehören: Aktivin
 Vg-1
 Knochenwachstumsfaktoren (BMP)
 Nodal (Maus)
 decapentaplegic (Drosophila)
⇒ Rezeptoren mit einer cytoplasmat. Serin-Threonin-Proteinkinase (Rezeptoren wirken als Dimere)
⇒ Bsp. in der Entwicklung:  Mesoderminduktion bei Xenopus
 Musterbildung der dorso-ventralen Achse
 Imaginalscheiben bei Drosophila
4) hedgehog
⇒ hedgehog in Insekten
⇒ sonic hedgehog + indian hedgehog in Wirbeltieren
⇒ Rezeptor: Patched
⇒ Bsp. in der Entwicklung:  Positionssignal in Gliedmaßen der Wirbeltiere
 Neuralrohr bei Wirbeltieren
 Flügel- + Beinscheiben der Insekten
5) Wingless
⇒ Wingless in Insekten
⇒ verschiedene Wnt-Proteine in Wirbeltieren
⇒ Rezeptor: frizzled
⇒ Bsp. in der Entwicklung:  Festlegung der dorso-ventralen Achse in Xenopus
 Festlegung der Segmente + Imaginalscheiben bei Insekten
6) Delta + Serate
⇒ Rezeptor: Notch
⇒ Bsp. in der Entwicklung: inhibistisches Signal im NS
7) Ephrine
⇒ Rezeptor: Rezeptortyrosinkinasen
⇒ Bsp. in der Entwicklung: WirbeltierNS
→ die Mitglieder der 6 Familien werden entweder sezerniert/abgesondert od. sind mebranständig
→ sie dienen in Wirbeltieren + Wirbellosen in vielen Stadien der Entwicklung als interzelluläre Signale
→ die Proteinfaktoren heften sich an Rezeptoren auf der Zelloberfläche an (dadurch wird ein Signal erzeugt;
dieses Signal wird ins Innere der Zelle weitergeleitet)
→ dieses Signal führt schließlich zur An- od. Abschaltung gewisser Gene
→ für jeden Faktortyp existiert ein ganz bestimmter Satz an Rezeptoren (Zellen mit den geeigneten Rezeptoren
reagieren dann auf das jeweilige Signal)
→ z.B. wirken einige Faktoren der TGF- β Familie als Dimere (2 Moleküle bilden eine Komplex, der einen
wiederum dimeren Rezeptor aktiviert)
6.3.3) Festlegung der dorso-ventral Achse (Abbildung)
→ das Spermium wird vom Ei im animalen Teil aufgenommen (Eintrittstelle wird später ventrale Seite des Embryos)
→ durch die Spermieneintrittsstelle wird die dorso-ventrale Achse festgelegt (sie definiert die Mittellinie ⇒
wird zur Ebene der 1. Furchungsteilung ⇒ wird zur Ebene der Bilateralsymmetrie)
→ das eingetretene Spermium löst in Folge eine Reihe von Vorgängen aus
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→ die dorsale Seite bildet sich genau gegenüber der Spermieneintrittsstelle
→ dadurch das sich die Vitelinhülle von der Eioberfläche abhebt dreht sich das Ei in der Hülle unter dem
Einfluß der Schwerkraft (dabei zeigt nun die schwere dotterreiche vegetative Region nach unten)
→ danach kommt es zu einer Rotation der Eirinde/Cortex (die Plasmamembran + der Cortex drehen sich um
etwa 30°; das restliche Cytoplasma bleibt an Ort + Stelle)
→ die Rindenrotation/kortikale Rotation erfolgt zu der Stelle hin, an der das Spermium eingedrungen ist (die
gegenüberliegende vegetative Rindenregion bewegt sich dabei auf den animalen pol zu; dadurch entsteht der
graue Halbmond; man weiß bis heute nicht wie der Entritt des Spermiums die Rindenrotation auslöst)
→ gegenüber der Eintrittsstelle bildet sich ein Signalzentrum (Nieuwkoop-Zentrum)
→ das Nieuwkoop-Zentrum begründet die dorso-ventrale Polatität der Blastula
→ nach der Rotation des Cortex kommt es zur 1. Furchung (die 1. Furchung teilt das Ei + das NieuwkoopZentrum in eine rechte + linke Hälfte)
→ die animale-vegetative Achse des Eies dient als Bezugssystem für die frühen Furchungsebenen
Cortex: ⇒ dünner gelähnlicher bereich innerhalb der Eizelle (ca. 5μm dick)
⇒ befindet sich direkt unterhalb der Plasmamembran
⇒ besteht aus Aktinfilamenten + assoziiertem Material
kortikal: ⇒ von der Hirnrinde ausgehend
⇒ in der Hirnrinde sitzend
6.3.4) Nieuwkoop-Zentrum
→ ist ein begrenzter Bereich des Embryos
→ bildet sich wie schon erwähnt, gegenüber der Spermieneintrittsstelle (ist noch nicht ganz geklärt, wie die
Rindenrotation zur Bildung de N.-Zentrums führt)
→ es ist essentiell für eine normale Entwicklung
→ es hat in der Embryonalentwicklung bestimmte Funktionen
→ es begründet die dorso-ventrale Polatität der Blastula
→ der Einfluß auf die dorso-ventrale Ausrichtung setzt bereits sehr früh ein
→ dadurch das das Ei + das N.-Zentrum in eine linke + rechte Hälfte geteilt wird, wird damit die bilaterale
Symmetrieebene für den Körper festgelegt
→ wie wichtig das N.-Zentrum ist zeigen Experimente (1. Experiment mit Xenopus ⇒ Wilhelm Roux; siehe 1.2.3.)
ABBILDUNG
„das N.-Zentrum ist essentiell für eine normale Entwicklung “
⇒ ein Embryo wird im 4-Zellenstadium so geteilt, dass eine Hälfte das N.-Zentrum enthält + die andere nicht
mit N.-Zentrum:
⇒ aus der Hälfte mit dem N.-Zentrum entwickeln sich die meisten Strukturen
⇒ jedoch fehlen dem Embryo später einige ventrale Bereiche (als dorsalisiert bezeichnet)
⇒ dieser Embryo besitzt keinen Darm
ohne N.-Zentrum:
⇒ die Entwicklung der anderen Hälfte verläuft sehr viel anormaler
⇒ die Hälfte führt zu einem radiärsymmetrischen, ventralisierten Zerrbild eines Embryos
⇒ es gibt keine dorsalen + anteriore Strukturen
„das N.-Zentrum kann eine neue dorsale Seite spezifizieren“
⇒ man hat einem Embryo im 32-Zellstadium Zellen aus dem Bereich des N.-Zentrums entnommen + einem
anderen Embryo diese Zellen auf der ventralen Seite wieder eingesetzt
⇒ auf diese Weise ist ein doppelter Embryo (Zwillingsembryo) entstanden
⇒ dieser Zwillingsembryo besitzt 2 dorsale Seiten (führt zur Bildung einer 2. Achse)
⇒ beim anderen Embryo ist nichts passiert (d.h. die Verpflanzung ventraler Zellen auf die dorsale Seite hat
keine Auswirkung)
⇒ Signale des N.-Zentrums sind für die zukünftig Entwicklung aller dorsalen + anterioren Strukturen
erforderlich
VERSUCH: „Was passiert, wenn die Neuorientierung des Cytoskeletts unterbrochen wird?“
⇒ durch Bestrahlung des Embryos mit UV-Licht kann die Rindenrotation unterbrochen werden (es kommt nicht
zur Bildung des N.-Zentrums)
⇒ je weniger sich die Rinde dreht, desto größer sind die Defekte in den anterioren + dorsalen Reg. des Embryos
⇒ auf jeden Fall entwickelt sich ein ventralisierter Embryo (es fehlen alle Strukturen die sich normalerweise auf
der dorsalen Seite befinden; bei leichter Bestrahlung teile des Kopfes; etwas stärker der ganze Kopf)
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⇒ wird der Embryo mit starkem UV-Licht bestrahlt, erhält man 2 Zellen (sind so stark ventralisiert, dass sie
praktisch nur aus Bauch bestehen ⇒ es gibt keine dorsalen + auch keine anterioren Strukturen mehr)
⇒ die Unterbrechung der Rindenrotation ist jedoch nicht irreversibel
⇒ man kann UV-bestrahlte Eier retten, indem man ein neues N.-Zentrum einrichtet:
1)  man richtet die Eier nach der Bestrahlung neu aus (simuliert eine Rindenrotation)
 der Dotter wird dabei aus der Ruheposition ausgelenkt (der Dotter ist „schief“; der Schwerpunkt
wird dabei verschoben ⇒ dieser geht jedoch wieder in die Ausgangsposition zurück  es folgt
eine normale Entwicklung)
2)  es können auch N.-Zentrum-Zellen von einem 32-Zellstadium in die bestrahlte Eizelle
transplantiert werden
 es kommt zu einer Dorsalisierung (der Embryo kann seine normale Entwicklung forstetzten)
 die Verpflanzung zeigt, dass nicht die Rindenrotation, sondern die Spezifizierung des N.-Zentrums
entscheidend ist (gibt einen Signalstoff ab)
3)  Litium (LiCl) dorsalisiert den Embryo ebenfalls
6.3.5) selbstsändige Neubildung des N.-Zentrums durch maternale Proteine
→ bestimmte maternale Proteine wirken dorsalisierend + ventralisierend
→ einige maternale Proteine können in einem normalen Embryo wie ein zusätzliches N.-Zentrum wirken
(können so UV-bestrahlte Eier retten; diese Proteine wurden an bestimmten Stellen lokalisiert)
6.3.5.a) β-Catenin
→ β-Catenin ist solch ein maternales Protein (ist ein intrazelluläres Protein, das für die Aktivität des N.Zentrums verantwortlich ist)
→ es ist ein Transkriptions-Aktivator (kein Transkriptionsfaktor!; dieser sitzt auf der DNA + ist ein Protein; ßCatenin kann an den Transkriptionsfaktor binden, wodurch dieser aktiviert wird + es zur Gen-Expression
kommt; eines der Gene das exprimiert wird ist Siamois)
→ ß-Catenin ist schon im Ei als mRNA vorhanden (das Gen wird in der Mutter exprimiert; die RNA wird im
Lauf der Eientwicklung eingebracht + direkt am vegetalen Pol im Cytoplasma abgelegt)
→ ist ein Zelladhäsionsmlekül (ist an der intrazellulären Übertragung von Wnt-Signalen beteiligt ⇒ es wird in
den Zellkern transportiert + dient dort als Komponente eines Transkriptonsfaktors; ist vermutlich auch die
Ursachse von erhöhten ß-Catenin-Konzetrationen in bestimmten Tumoren)
Verlauf:
⇒ das Protein sammelt sich im Zusammenhang mit der kortikalen Rotation auf der dorsalen Seite + dringt im
16-Zellstadium in den Kern der dorsalen Zellen ein (dies geschieht zusammen mit anderen Proteinen des ßCatenin-Signalosoms)
⇒ das ß-Catenin dringt in die Kerne von Zellen ein, die sich als Streifen entlang der dorsalen Mittellinie
befinden.
⇒ in dem Bereich wo ß-Catenin in die Kerne eingedrungen ist entsteht das N.-Zentrum.
⇒ das N.-Zentrum induziert die Bildung eines weiteren Signalzentrums (induziert den Spemann-Organisator ⇒
ist für die Bildung des ZNS verantwortlich; der Speman-Organisator entsteht genau oberhalb des N.Zentrums ⇒ entsteht im späten Blastula- bzw. Gastrulationsstadium)
⇒ Siamois + Goosecoid werden in Abhängigkeit von ß-Catenin synthetisiert (sie bestimmen die Identität von
weiteren Organisator-Zentren im Embryo)
Catenine:⇒ ist eine funktionelle Gruppe von Proteinen (werden mit griech. Buchstaben beannt)
⇒ wurden zuerst als Verbindungsprot. zw. Zelladhäsionsmolekülen + dem Zellcytoskellett bei
bestimmten Zell-Zellverbindungen beschrieben
Wnt-Signalweg: ⇒ einer von vielen Signalwegen, durch die Zellen auf äußere Signale reagieren können
⇒ Wnt-Proteine sind sezernierte Signalmoleküle
⇒ kontrollieren viele Aspekte der Entwicklung
⇒ Wnt setzt sich zusammen aus: Wingless + Int-1 (Wingless ist ein Peptidhormon)
⇒ an der Signaltrasduktion des Wnt-Signalweges sind zahlreiche Proteine beteiligt
⇒ ist essentiell für die normale Embryonalentwicklung
⇒ wird auch bei bestimmten Krebsformen beobachtet
Zelladhäsion: ⇒ darunter versteht man Kontakte zw. Zellen
⇒ können in einem Gewebe vorliegen od. in einem Aggregationsverband ( Zellen lagern sich
zu Verbindungen zusammen)
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ABBILDUNG: „ß-Catenin wirkt wie Nieuwkoopzentrum in Transplantationsversuchen “ (Induktion einer
weiteren Dorsalseite durch Injektion von ß-Catenin-mRNA)
⇒ durch Injektion von mRNA (codiert ß-Catenin) in ventrale vegetative Zellen kann an der Injektionsstelle ein
neues N.-Zentrum entstehen (die Injektion wurde an der gleichen Stelle gesetzt, wo das N.-Zentrum
transplantiert wurde)
⇒ man kam schließlich zu dem gleichen Ergebnis wie beim Transplantationsversuch
⇒ nach der Zerstörung der Mikrotubuli durch UV wirkt ß-Catenin genau so dorsalisierend wie die
Transplantation von dorsalen Zellen
⇒ dieser Versuch war der Beweis, dass das ß-Catenin wie das N.-Zentrum wirkt
6.3.5.b) ß-Catenin-Akkumulation/Anhäufung durch verhinderten Proteinabbau
→ es stellt sich die Frage warum ß-Catenin nur dorsal vorhanden ist + ventral nicht?
→ Antwort: es gibt ventralisierende Signale die ß-Catenin zum Abbau frei geben
→ eines dieser ventralisierenden Signale ist die Proteinkinase GSK-3 (Glycogen-Synthethase-Kinase 3)
→ diese wird von einer manternalen mRNA translatiert + gleichmäßig in der Blastula exprimiert
dorsale Seite:
→ das N.-Zentrum kann sich nur dann bilden, wenn in der zukünftigen dorsalen Region ventralisierende Signale
unterdrückt werden
→ auf der dorsalen Seite wird die Aktivität von GSK-3 gehemmt (GSK-3 ist Wnt abhängig; man weiß noch
nicht genau was das Hemmsignal auslöst ⇒ Wingless selbst ist nicht das dorsalisierende Signal, sondern
andere Komponenten des Signal-Transductions-Komplexes)
→ die Hemmung bewirkt Lithium (deshalb wirkt Lithium dorsalisierend)
ventrale Seite:
→ auf der ventralen Seite wird ß-Catenin abgebaut
→ GSK-3 phosphoryliert ß-Catenin (dadurch wird es zum Abbau freigegeben)
6.3.5.c) Andere Erklärung für die ungleichmäßige Verteilung von ß-Catenin
→ diese Erklärung stammt aus dem Entwicklungsbiologie Buch von Scott F. Gilbert
→ ist die „aktuellere Version der Geschichte“
→ DSH (Dishevelled protein) befindet sich in Vesikeln am vegetalen Pol des Eies
→ nach der Befruchtung kommt es zur kortikalen Rotation, wodurch DSH mit dem Cytoskelett nach dorsal
translokalisiert wird
→ ß-Catenin + GSK-3 sind gleichmäßig im Cytoplasma verteilt
→ DSH wird ausgeschüttet + verteilt sich im zukünftigen dorsalen Teil des 1-Zell Embryos.
→ DSH bindet an GSK-3, wodurch dieses blockiert (inhibiert) wird (der Abbau von ß-Catenin im dorsalen Teil
wird verhindert)
→ im ventralen Teil ist kein DSH vorhanden (darum kann GSK-3 ß-Catenin phosphorylieren ⇒ wird dann
abgebaut)
→ durch diese Vorgänge wird im Cytoplasma ein Gradient aufgebaut.
→ in die dorsalen Kerne wandert ß-Catenin später ein (die ventralen bleiben ß-Catenin-frei)
6.4) AUFBAU DER KÖRPERHAUPTACHSEN BEIM HUHN
→ dadurch das die Keimscheibe auf dem Dotter aufsitzt, wird die dorso-ventrale Achse bestimmt (Dorsalseite
des Blastoderms weist vom Dotter weg; Ventralseite liegt dem Dotter auf)
→ das Hühnerblastoderm ist am Anfang radiärsymmetrisch (wie bei Amphibienblastula)
→ die Symmetrie wird unterbrochen, wenn das Hinterende des Embryos festgelegt wird
→ auf der Seite des Blostoderms entsteht schließlich die posteriore Marginalzone (entsteht am höchsten Punkt
des Blastoderms; aus ihr entwickelt sich der Primitivstreifen ⇒ definiert wo die anterio-posteriore Achse im
Blastoderm liegt)
6.4.1) Festlegung der dorso-ventral Achse (Abbildung)
→ beim Huhn wird nicht zuerst die dorso-ventrale Achse festgelegt (zuerst die anterio-posteriore Achse)
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→ die Lage der posterioren Marginalzone wird durch die Schwerkraft bestimmt (zugleich/dadurch wird das
Hinterende der Längsachse bestimmt)
→ das befruchtete Ei wandert mit der Spitze voran durch den Uterus (Spitze ist etwas verschoben)
→ während dieser Wanderung dreht sich das Ei um seine Längsachse (Furchung hat da schon eingesetzt)
→ die Rotation wirkt wie eine Zentrifuge
→ das Blastoderm schwimmt auf dem Dotter auf
→ durch Rotationsbewegung wird das Blastoderm in eine bestimmte Position gebracht (die Zellen werden
zusammengeschoben)
→ das Blastoderm kommt schließlich an einer bestimmten Stelle am Dotter zum liegen ⇒ kommt hier zur
Zellverdichtung)
→ die posteriore Marginalzone kann man als Äquivalent des N.-Zentrums sehen (man kann sich die Zone als
Organisationszentrum vorstellen ⇒ kann eine neue Achse induzieren)
→ am Primitivstreifen beginnt die Gastrulation
→ der Primitivstreifen bestimmt nicht nur die anterio-posteriore Achse, sondern auch die Achse der
Bilateralsymmetrie (somit auch die dorsale-ventrale Achse)
VERSUCH: (Abb. „die posteriore Marginalzone/Randzone des Huhns spezifiziert das Hinterende der Längsachse“)
⇒ es werden Zellen der posterioren Marginalzone an eine andere Stelle der Marginalzone verpflanzt
⇒ an der neuen Stelle kann es zur Bildung eines zusätzlichen Primitivstreifens kommen (dieser definiert eine
neue anterio-posteriore Achse)
⇒ das sich ein zusätzlicher Primitivstreifen bildet ist nicht immer der Fall
⇒ in der Regel entwickelt sich immer nur der weiter fortgeschrittene Streifen (hemmt die Entwicklung des
anderen)
⇒ in den Zellen der posterioren Marginalzone hat man eine Gen entdeckt, dass für das Vg-1 Protein kodiert
(Vg-1 hat eine ähnliche Funktion wie ß-Catenin; wird Vg-1 in das Blastoderm injiziert entsteht ein
Primitivstreifen)
6.5) AUFBAU DER KÖRPERHAUPTACHSEN BEI DER MAUS
→ in den 1. Entwicklungsstadien unterscheidet sich das Säugerei erheblich von Xenopus- + Hühnerei (Grund: es
enthält keinen Dotter)
→ bei der Eizelle der Maus gibt es keine Anzeichen einer Polarität (dadurch das das Mausei keinen Dotter
enthält, gibt es keine sichtbare animale-vegetale Achse)
→ ebenso spricht nichts dafür das die Anordnung maternaler Faktoren die spätere Entwicklung beeinflusst
(maternale Faktoren sind gleichermaßen im Ei verteilt; z.B. gibt es im Mausei ß-Catenin ⇒ es ist jedoch
nicht lokalisiert)
→ da keine internen Reserven vorhanden sind, muss der Mausembryo anders ernährt werden (daher entwickeln
sich vor dem eigentlichen Embryo die extraembryonalen Strukturen ⇒ kann sich so in den Uterus einnisten;
nach der Einnistung beginnt die Entwicklung des Embryos ⇒ erst dann stellt sich die Frage nach den
Achsen; im Ggs. zu Xenopus muß bei der Maus sehr viel extraembryonales Gewebe gebildete werden, damit
sich die Blastocyste in den Uterus einnisten kann)
→ Säugetiere besitzen eine Blastocyste (Xenopus ⇒ Blastula; Vogel, Fisch ⇒ Blastoderm)
→ die Blastocyste definiert sich so: ⇒ Trophektoderm außen
⇒ Blastocoel befindet sich polar (nicht in der Mitte wie bei Blastula)
⇒ innere Zellmasse befindet sich am anderen Pol
6.5.1) die spezifizierung der inneren Zellmasse
→ die frühen Furchungen folgen keinem geordnetem Muster (einige verlaufen parallel zur Eioberfläche ⇒
dadurch bildet sich die Morula)
→ welche Zellen zur inneren Zellmasse + welche zum Trophektoderm werden hängt von der Position ab, die
sie während der Furchung einnehmen (ihr Schicksal entscheidet sich erst nach dem 32-Zellstadium ⇒
vorher sind alle Zellen gleichermaßen zur Bildung beider Gewebe befähigt)
→ auch die Kompaktierung spielt eine wichtige Rolle (beim 8-Zellstadium werden die äußeren Zellen über tight
junctions verbunden ⇒ schirmen so die inneren Zellen vom Außenmilieu ab ⇒ z.B. Komponenten des
Uterus; tight junctions sind Abdichtungen/Verschlusskontakte)
→ die Achsen definieren sich schließlich durch Zell-Zell-Interaktionen
VERSUCH: (Abb. „ die Spezifizierung der inneren Zellmasse“)
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⇒ die Spezifizierung der inneren Zellmasse hängt von der Position der Zellen relativ zur Innen- + Ausßenseite
des Embryos ab
⇒ es werden markierte Blastomeren eines Mausembryos im 4-Zellenstadium getrennt (geht auch im 8Zellenstadium)
⇒ diese Blastomeren werden mit unmarkierten Blastomeren eines anderen Embryos kombiniert
⇒ gibt man nun die markierten Blastomeren außen auf die unmarkierten Blastomeren entwickeln sich
normalerweise Trophektoderm (diese Zellen werden zu 97% Trophektoderm + nur in 3% der Fälle zur
inneren Zellmasse)
⇒ gelangen die markierten Blastomeren in das Innere der Zellgruppe, können sich beide Gewebe bilden
(häufiger entsteht jedoch die innere Zellmasse ⇒ entsteht zu 60%)
⇒ es können sich auch Zellansammlungen die entweder nur aus „äußeren“ od. „inneren“ Zellen früher
Embryonen bestehen zu normalen Blastocysten entwickeln
⇒ dieser Versuch zeigt, das diese Zellen zu diesem Zeitpunkt außer durch ihre Position nicht weiter spezifiziert
sind
6.5.2) Festlegung der dorso-ventral Achse
→ bei Säugern hängt die Bildung der dorso-ventral Achse mit der Position der inneren Zellmasse zusammen
→ erst nach der Spezifizierung der inneren Zellmasse + des Trophektoderms entsteht in der Blastocyste eine
asymmetrische Blastocoelhöhle (innere Zellmasse ist nur noch an einer Stelle mit dem Trophektoderm
verbunden; diese Verbindungsstelle ist der embryonale Pol)
→ ab jetzt besitzt die Blastocyste eine deutliche Achse (verläuft von der Stele an der die innere Zellmasse mit
dem Trophektoderm in Verbindung steht bis zum gegenüberliegenden Ende; d.h. die Achse verläuft vom
embryonalen Pol = dorsal zum aembryonalen Pol = ventral)
→ gleichzeitig dazu hat sich das primitive Entoderm + der Epiblast gebildet
→ anschließend nistet sich die Blastocyste in der Gebärmutterwand ein (der aembryobale Pol nistet sich ein)
→ danach bildet sich die Plazenta
→ die Achse die sich gebildet hat ist jedoch keine Körperachse (ist nur spezifisch für die Einnistung)
→ es gibt hier viel Regulation
Hypothese wie es zur Achsenbildung kommt
⇒ die Spermieneintrittsstelle legt die Achse im Embryo fest (wie bei Xenopus)
⇒ der 2. Punkt für die Achse ist das Polkörperchen
⇒ durch diese beiden Punkte soll die 1. Teilungsebene festgelegt werden
⇒ d.h. embryonale-aembryonale Ache/dorso-ventral Achse ist 1. Teilungsebene (die anterio-posteriore Achse
wird parallel zur 1. Furchungsebene festgelegt)
6.5.3) Spezifikation der anterio-posterioren Achse
→ wie schon erwähnt ist der Primitivstreifen für die Ausbildung der Körperachsen verantwortlich
→ nach 5,5 Tagen ist das β-Catenin gleichmäßig im Epiblast verteilt (Epiblast bildet später den Körper aus)
→ die gleichmäßige Verteilung engt sich auf eine bestimmte Stelle ein (leitet die Gastrulation ein; wie bei
Xenopus)
→ der Epiblast dehnt sich ventral in das Blastocoel aus (bildet einen Becher; sieht im Querschnitt wie ein „U“
aus)
→ die Zellen, welche die dorsale Seite bilden werden, sind noch nicht spezifiziert (Epiblast besteht noch aus
einer einzigen Zellschicht)
→ Epiblastenzellen wandern viel + durchmischen sich (es gibt keine Entoderm- + Ektodermzuordnung)
→ man weiß noch nicht genau welche Achse sich bei Säugern zuerst bildet (anterio-posteriore Achse od. dorsoventrale Achse)
6.5.4) Spezifikation der rechts-links Achse
→ Wirbeltiere weisen Strukturen wie z.B. Augen, Ohren + Gliedmaßen auf (diese Strukturen weisen eine
Bilateralsymmetrie zur Mittellinie auf; d.h. der Körper ist nach außen hin symmetrisch)
→ die inneren Organe sind jedoch asymmetrisch angeordnet (Herz bei Maus befindet sich rechts, rechte Lunge
weist mehr Lappen auf als die linke,…)
6.5.4.a) sinus inversus
→ ist die seitenverkehrte Anordnung der asymmetrischen Organe (spiegelverkehrte Anordnung der Organe; z.B.
bei manchen Menschen sind die Organe umgekehrt angeordnet)
→ wo rechts + links ist, wird vollkommen anders festgelegt
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→ die Unterscheidung von rechts + links wird erst dann sinnvoll, wenn die anterio-posteriore Achse + die dorsoventrale Achse bereits vorhanden sind
→ verläuft eine dieser Achsen anderherum, gilt das auch für die rechts-links Achse
6.5.4.b) iv-Mutante der Maus (links-rechts asymmetrie)
→ bei Mäusen ist das iv-Gen an der Spezifizierung der rechts-links-Verteilung von Organen beteiligt
→ 50% der Mäuse haben diese iv-Muante (bei ihnen ist die Seitenausrichtung vertauscht; Organe sind links; bei
den andern rechts)
→ die Seitenfestlegung erfolgt zufällig in der Mutante (nennt man Heterotaxi ⇒ Organe mit unterschiedlicher
Seitenfestlgegung)
→ die Mutation betrifft nicht den Vorgang durch den es zur Seitenorientierung kommt, sondern den
Mechanismus
→ vermutlich ist der Mechanismus durch den es bei iv-Mäusen zur asymmetrie kommt ein zufälliger (dieser läßt
unter normalen Umständen eine Seite durch einen noch unbekannten Vorgang bevorzugen)
beim Menschen:
⇒ hier ist das Katagener-Syndrom ein rezessiver Deffekt (gelegentlich mit situs inversus verbunden)
⇒ wie bei den iv-Mäusen ist auch hier die Seitenausrichtung zufällig (50% der Fälle ist die Symmetrie verändert
)
⇒ bei diesem Symdrom sind die Cilien auf der Oberfläche von Lungen + Atemwegen unbeweglich (sind daher
funktionsunfähig kommt zu Problemen mit der Atmung)
⇒ den Cilien fehlt der Antrieb durch das IV-Protein (= ein Dynein-Motorprotein; Motorproteine sitzen auf
Mikrotubuli der Cilien; sie transportieren verschiedene Vesikel, Proteine,…entlang der Mikrotubuli)
⇒ dieses Protein ist also für die Bewegung unbedingt nötig
⇒ die Cilien der Zellen am Beginn des Primitivstreifens produzieren einen seitlich gerichteten Strom in der
extraembryonalen Flüssigkeit/Amnionflüssigkeit
⇒ ein gerichteter Flüssigkeitsstrom in der Amnionhöhle ist dafür verantwortlich, dass es zur Seitenfestlegung
kommt
⇒ sind die Cilien der Zellen aktiv, wird eine Strömung in eine bestimmte Richtung produziert
⇒ sind sie inaktiv läuft die Strömung in die Gegenrichtung
⇒ es gibt Vermutungen das der gerichtete Flüssigkeitsstrom in der Amnionhöhle dafür sorgt, dass ein Gradient
von ,orphogenen Substanzen in der Amnionhöhle aufgebaut wird (dieser soll die links-rechts asymmetrie
von bestimmten Organen festlegen)
beim Huhn:
⇒ beim frühen Hühnerembryo werden einige Gene in bezug auf den Hensen-Knoten am Vorderende des
Primitivstreifens asymmetrisch exprimiert (diese Gene können daher an der Festlegung des Musters der
Organasymmetrie beteiligt sein; der Hensen-Knotens ist für die Aktivierung anderer Gene verantwortlich ⇒
veranlassen die Bildung der asymmetrischen Organe)
⇒ es wird nur auf der linken Seite des Hensen-Knotens exprimiert (dies aktiviert sonic hedgehog ⇒ ist ein
Transkriptionsfaktor ⇒ induziert die Expression eines 2. Transkriptionsfaktors; sonic hedgehog kann nur
auf der linken Seite aktiv werden; auf der Seite auf der Activin exprimiert wird, ist sonic hedgehog
abgeschaltet)
⇒ Rechts: am rechten Teil des Primitivstreifens ist im Gewebe Activin aktiv (Activin ist ein Peptidhromon; für
dieses Hormon gibt es einen Rezeptor auf den Primitivstreifenzellen; wenn Activin bindet wird ein Signal
abgegeben das sonic hedgehog abschaltet)
6.6) ZUSAMMENGEFASST: ACHSENDETERMINATION BEI WIRBELTIEREN
dorso-ventrale Achse
Xenopus → Spermieneintrittsstelle + Rindenrotation
→ dorsale Seite + Nieuwkoop-Zentrum bilden sich
gegenüber der Spermieneintrittsstelle
→ GSK-3 wird auf der dorsalen Seite
supprimiert/unterdrückt
Huhn
→ Zellbildung des Blastoderms auf dem Dotter
Maus
→ WW zw. innerer Zellmasse + Trophektoderm
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anterio-posteriore Achse
→ wird durch maternale Faktoren bestimmt
→ zukünfgtiges Vorderende entwickelt sich
aus der animalen Region
→ Schwerkraft
→ interzelluläre Interaktionen?
6.7) URSPRUNG + SPEZIFIZIERUNG DER KEIMBLÄTTER
→ zuerst bilden sich die Koordinaten (Achsen)
→ danach bilden sich die 1. Muster (Keimblätter)
6.7.1) die Keimblätter
→ aus den Keimblättern entwickeln sich alle Gewebe des Körper (außer Keimbahnzellen)
6.7.1.a) Ektoderm
→ ist das obere Keimblatt
→ Haut (Cutis)
→ NS
→ Sinnesorgane
6.7.1.b) Mesoderm
→ ist das mittlere Keimblatt
→ Knochen/Skelett
→ Skelettmuskulatur
→ Bindegewebe
→ glatte Muskulatur der Eingeweide
→ Herz
→ Blutgefäße
→ Blutkörper
→ Milz
→ Lymphknoten
→ Lymphgefäße
→ Nieren
→ Keimbrüsen
→ das innere Genital
→ Chorda
6.7.1.c) Entoderm
→ ist das innere Keimblatt
→ Leber
→ Harnblase
→ Schilddrüse
→ Harnröhre
→ Thymus
→ Pankreas (= Bauchspeicheldrüse)
→ Atmungstrakt/Lunge
→ Verdauungstrakt inkl. seiner Drüsen (= Darmmittelstück inkl. Magen, ausgenommen Mundhöhle + After)
6.8) ANLAGEPLÄNE VON WIRBELTIEREN
6.8.1) Vergleich der Anlagepläne von Wirbeltieren (Abbildung)
→ es gibt Ähnlichkeiten, wenn man die Beziehung der 3 Keimschichten zu der Einwanderungsstelle zum
Beginn der Gastrulation betrachtet (Anlagepläne ähneln sich in Stadien die einer frühen Blastula od. einer
frühen Gastrula entsprechen)
→ alle Pläne sind aus dorsaler Sicht gezeichnet
→ die Chorda (Mesoderm) besetzt immer eine zentrale, dorsale Position
→ das neurale Ektoderm liegt immer dorsal neben der Chorda
→ das restliche Ektoderm liegt immer am anterioren Ende der Chorda
→ typisch für deuterostome Tiere: ⇒ Blastopore = Urmund
⇒ Blastopore wird zum Anus/After (Mund entsteht neu; entfernt von
Blastopore; anders bei protostomen Tiere  Urmund wird zu Mund
 umgekehrte Orientierung)
→ das Schicksal der Zellen des frühen Vertebraten-Embryo ist noch nicht festgelegt
BILD: „Hummer + Mensch“
⇒ Hummer von unten/ventral gesehen:  ZNS
 Verdauungstrakt
 Herz + Blutkreislauf
⇒ gleiche Reihenfolge beim Menschen wenn man ihn von oben/dorsal sieht
⇒ man hat 2 Gene entdeckt die genau das bewerkstelligen können:
1) Chordin:  ist ein Vertebraten-Gen
 bestimmt im Embryo wo dorsal ist
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2) sog:  ist ein ähnliches Gen in Drosophila
 hat den umgekehrten Effekt
⇒ wenn man sog mRNA in einen Froschembryo spritzt, entsteht an der Stelle der Rücken (umgekehrt ist es
wenn man chordin mRNA in Drosophila spritzt  ventralisiert diese Stelle)
⇒ in beiden Fällen wird ZNS induziert (diese Gene kontrollieren die Entwicklung)
6.8.2) Anlageplan/Fate map von XENOPUS
→ Wir wissen, welche Zelle im Embryo wozu wird, der Embryo weiß es nicht. Er braucht Strukturen und
Mechanismen, die ihm erlauben verschiedene Gewebe zu bilden. Das Gerüst selbst muss auch entstehen.
→ Der Embryo muss es schaffen, unter verschiedenen Bedingungen immer das gleiche Endprodukt
hervorbringen (darum verfügt er über eine bemerkenswerte Regulatonsfähigkeit –auch alle anderen
Wirbeltiere- wenn teile entfernt werden + an anderer Stelle wieder eingesetzt werden; es ist eine sehr große
Entwicklungskapazität vorhanden ⇒ das Schicksal der Zellen hängt sehr stark von den Signalen ab, die sie
von Nachbarzellen erhalten)
VERSUCH: (Abb. „Fate map von Xenopus“; Anlageplan eines frühen Xenopus-Embryos)
⇒ um einen Anlageplan erstellen zu können, kann man verschiedene Teile der Oberfläche eines frühen Embryos
mit einem fluoreszierenden Farbstoff versehen (z.B. Fluoreszein ist solch ein Farbstoff ⇒ er fluoresziert
nicht außerhalb des Körpers in einer wässrigen Lösung; in einer Zelle wird er jedoch aufgespaltet ⇒
dadurch wird er aktiviert + fluoresziert grün)
⇒ also, bestimmte Zellen werden durch ein Fluoreszein-Dextran-Amin-Injektion markiert (das Fluoreszein ist
an Dextran gebunden; Dextran ist ein hochmolekulares Stärkederivat das von er Zelle kaum ausgeschieden
werden kann ⇒ Osmose etc.; d.h. diese Moleküle können die Zellmembran nicht passieren ⇒ sind daher
ausschließlich in der behandelnden Zelle + ihren Nachkommen zu finden)
⇒ in der Abb. wurde solch eine Zelle (C3) durch solch eine Injektion markiert (leuchtet unter UV-Beleuchtung
grün auf)
⇒ in weiterer Folge zeigt die Abb. das aus dieser Zelle im Schwanzknospenstadium, auf einer Seite des
Embryos, Mesodermzellen entstanden sind (Querschnitt)
→ Zellen können auch genetisch mit Markergenen markiert werden (= länger verfolgbar als mit Farbstoffen;
diese sind bald zu sehr ausgedünnt)
→ bei Huhn + Maus erstellt man Anlagepläne mit fast den gleichen Techniken wie bei Xenopus
ABBILDUNG:
„Anlageplan/Fate map einer späten Xenopus Blastula
⇒ Blastula besteht aus gleichmäßig großen Zellen + ist nicht so komplex gebaut wie z.B. die Blastocyste der Maus
Bild 1: (Anlageplan Seitenansicht)
animaler Pol: ⇒ hier befindet sich der Bereich der die Epidermis bildet (Epidermis stammt zum größten Teil
von der ventralen Seite; die Epidermis breitet sich in Folge immer weiter aus ⇒ bedeckt nach
der Bildung des Neuralrohres den gesamten Embryo)
⇒ ein 2. Bereich wird zum NS (Ektoderm; das NS stammt zum größten Teil von der dorsalen
Seite)
Marginalzone: ⇒ bildet den mittleren Bereich (entlang der Dorsoventralachse)
⇒ daraus entwickeln sich Chorda, Somiten, Herz, Nieren + Blut
⇒ bei Xenopus (nicht bei allen Amphibien) überzieht eine dünne Schicht zukünftigen
Entoderms das prospektive/sich weiterentwickelnde Mesoderm in der Marginalzone
vegetative Pol: ⇒ der größter Teil des Entoderms geht aus dem dotterreichen vegetativen Bereich hervor
(nimmt das untere drittel der Blastula ein; der Dotter wird nach + nach aufgebraucht ⇒
wird nach + mach auf die Zellen aufgeteilt)
Bild 2: (Anlageplan Rückenansicht)
⇒ auf der Rückseite an der Stelle wo sich die Chorda entwickelt, bildet sich der Urmund
⇒ durch diese Abbildungen wird deutlich, warum die Gastrulation erforderlich ist (die mesodermalen Gewebe
die die inneren Strukturen bilden, befinden sich an der Außenseite der Blastula ⇒ müssen folglich nach
innen wandern; der einzige Sinn der Gastrulation ist, das Meso- und Endoderm nach innen zu verlagern und
in die Position zu bringen, die für die Ausbildung der Organe notwendig ist)
⇒ im Verlauf der Gastrulation wandert die Marginalzone durch den dorsalen Urmund (befindet sich über dem N.-Zentru)
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„Spezifikationskarte von Xenopus“ (Spezifizierungskarte einer späten Xenopus-Blastula)
⇒ die Spezifizierung beruht auf Experimenten (zeigen wie sich isolierte Fragmente der Blastula in einem
einfachen Kulturmedium entwickeln)
⇒ zur Herstellung einer Spezifikationskarte werden Blastulafragmente isoliert + in einem einfachen Medium
(ohne Morphogene) kultiviert (auch auf diese Weise erfährt man das Schicksal einzelner Teile)
⇒ die Spezifikationskarte von Xenopus stimmt im wesentlichen mit seinem Anlageplan überein
⇒ in ektodermalen + mesodermalen Regionen gibt es jedoch einige wesentliche Unterschiede
⇒ man sieht, dass die 3 Keimschichten im Blastulastadium schon determiniert sind (Determination: Festlegung
auf einen nicht leicht umkehrbaren Differenzierungsweg)
⇒ beim Ektoderm fehlt auf der Spezifikationskarte die Unterscheidung zwischen Epidermis + NS
⇒ beim Mesoderm zwischen Mesenchym + Blut.
⇒ Fazit: die Determination bei Zellen ist schwer, jedoch prinzipiell umkehrbar (aus diesem Grund lässt sich z.B.
bei Isolierungsversuchen der Unterschied zwischen Epidermis + NS nicht nachweisen; „der Embryo will
sich noch nicht 100%ig festlegen, wie sich die Zellen entwickeln sollen, sondern in Abhängigkeit von
anderen Faktoren noch etwas Spielraum offen halten  Regulation.“)
⇒ trotzt allem läßt sich an der Spezifizierungskarte ablesen, dass die Zellen im Blastualstadium bereits wichtige
regionale Unterschiede aufweisen
→ im Blastualstadium ist schon eine gewisse Vorentscheidung getroffen (die Zellen sind determiniert jedoch
noch nicht differenziert; d.h. die Zellen sind schon auf ihr zukünftiges Schicksal vorprogrammiert)
6.8.3) Anlageplan/Fate map vom HUHN
→ im frühen Blastualstadium (entspricht annähernd der Xenopus-Blastula) kann man keinen Anlageplan
erstellen (der Embryo besteht nur aus wenigen Zellen des Randstreifens; anders als bei Xenopus findet
während der Gastrulation immer noch viel Zellteilung, Zellwachstum + Zellbewegung statt)
→ der Embryo lässt sich die Entscheidung offen, wann er die Zellen zu einem bestimmten Schicksal festlegt (die
Zellen die den eigentlichen Embryo ausmachen sollen erst festgelegt werden, wenn die Zellen für
extraembryonalen Gewebe bereits abgezweigt sind)
→ aus diesem Grund ist es erst im Stadium des Primitivstreifens (Gastrula) möglich einen Anlageplan zu
erstellen
ABBILDUNG: „Anlageplan des Hühnerembryos“
⇒ der Primitivstreifen ist schon vollständig ausgebildet
⇒ die Abb. zeigt eine Ansicht der dorsalen Oberfläche des Embryos (dorsal ist oben/zu sehen)
⇒ fast das gesamte Entoderm ist schon durch den Streifen gewandert (hat eine tiefliegende Schicht gebildet (ist
auf der Abb. nicht zu sehen)
⇒ Anterior (außen): prospektives Ektoderm (Neuralrohr, Epidermis; die meisten Zellen der Oberfläche des
Blastoderms ist zukünftiges Ektoderm  daraus wird sich die Epidermis + das Neuralrohr bilden)
⇒ Hensen-Knoten: prospektives Mesoderm (der Hensen-Knoten entspricht dem zukünftigen Mesoderm 
wandert in posteriorer Richtung; hinterlässt Zellen aus denen sich die Chorda entwickelt)
⇒ aus dem Mesoderm werden Somiten + seitliches Plattenmesoderm, sowie Herz + Niere
⇒ posterior/in den untersten Schichten ist das zukünftige Entoderm von Zellen umgeben, die zu
extraembryonalen Strukturen werden (diese Schichten liegen ganz nah am Dotter)
6.8.4) Anlageplan/Fate map MAUS
→ auch von der Maus kann in den 1. embryonalen Stadien kein Anlageplan erstellt werden (die
Achsenfestlegung + somit die Festlegung der Zelltypen erfolgt viel später ⇒ wie beim Huhn)
→ nach 3,5 Tagen ist die innere Zellmasse immer noch sehr plastisch
→ nach 4,5 Tagen erfolgt die Differezierung der inneren Zellmasse in das primitive Endoderm (außen) +
Epiblast (innen; da das primitive Endoderm nur extra-embryonales Gewebe produziert + der Epiblast den
eigentlichen Embryo sowie das extraembryonale Mesoderm ist immer noch kein Anlageplan möglich)
→ nach 6,5 Tagen ist endlich ein Anlageplan möglich! (es kommt zur Bildung des Primitivstreifens; die
Gastrulation beginnt; es gibt noch viel Zellteilung + Mischung ⇒ aus diesem Grund findet sich beim
Anlageplan nur 50% der markierten Zellen später in einer Keimschicht)
→ der Anlageplan ähnelt dem des Huhnes
ABBILDUNG: „Anlageplan einer Maus im einem späten Gastrulationsstadium“
⇒ man sieht auf die Gastrula von der dorsalen Seite
⇒ im späten Gastrulationsstadium hat der Primitivstreifen seine endgültige Länge erreicht
⇒ anterior (aussen): prospektives Ektoderm (Neuralrohr, Epidermis)
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⇒ Knoten: prospektives Mesoderm (Knoten bildet sich wie beim Huhn am Vorderende des Primitivstreifens;
Bewegung erfolgt wie beim Huhn nach posterior  Chorda + ein Teil der Somiten bleibt zurück)
⇒ Mesoderm: Somiten + laterales Plattenmesoderm, Herz und Niere
⇒ Posterior: extraembryonales Mesoderm und Endoderm (Amnion, viszeraler Dottersack, Allantois)
6.9) DIE ZELLEN DES FRÜHEN VERTEBRATENEMBRYO
→ das Schicksal der Zellen des frühen Vertebratenembryo ist noch nicht festgelegt
→ Bei der Maus werden die Zellen später festgelegt als beim Frosch, was mit der Bildung des extraembryonalen
Gewebes zusammenhängt (die spätere Festlegung bietet aber auch die Möglichkeit zu mehr Regulation)
→ Xenopus: eine um ¼ kleinere, befruchtete Eizelle ergibt einen normalen, aber kleineren Embryo (die
Inhaltsstoffe des Eis sind für die spätere Entwicklung wichtig; nicht nur Nährstoffe, sondern
Genprodukte, Proteine + Gene die eine regulatorische Wirkung haben sind wichtig; durch
Regulation kann sich der Froschembryo trotz seiner geringeren Größe normal entwickeln; eine
Blastula-Zelle des vegetalen Pols, die beim Anlageplan immer nur Endoderm bildet, kann nach
Transplantation sehr verschiedene Gewebe ausbilden)
→ dies kann man experimentell beweisen:
Transplantationsversuche bei Xenopus
⇒ Eine Blastula-Zelle des animalen Pols, die beim Anlageplan immer nur Ektoderm + Nervengewebe bildet,
bildet bei einer Transplantation auch Mesoderm + Endoderm.
⇒ diese Transplantationsversuche sind Ausdruck der Regulationsfähigkeit (Zellen die beim Anlageplan schon in
ihrer Entwicklung festgelegt sind, können bei Transplantation durchaus noch andere Gewebe bilden)
⇒ Blastula-Zelle, die in eine andere Blastula transplantiert wird, beteiligt sich an verschiedenen Geweben +
Organen
→ die Zellen werden mit fortschreitender Entwicklung immer mehr in ihrer Entwicklungspotenz eingeschränkt
6.9.1) chimäre Mäuse
→ wie schon erwähnt können sich bis zu 4,5 Tagen die Zellen der inneren Zellmasse in viele verschiedene
Zelltypen entwickeln (sind in dieser Zeit noch nicht determiniert ⇒ sind pluripotent)
→ wenn man nun die innere Zellmasse in eine andere Blastocyste (ca. gleiches Alter) einsetzt, können sie an der
Bildung aller embryonalen Gewebe einschließlich der Keimzellen beteiligt sein
→ diese Eigenschaft ermöglicht die Erzeugung von chimären Mäusen (besitzen Zellen mit 2 verschiedenen
Genotypen)
→ aus Zellen der inneren Zellmasse kann man embryonale Stammzellen (ES-Zellen) gewinnen (verhalten sich
wie Zellen der inneren Zellmasse, wenn sie in einen Wirtsembryo injiziert werden (bei Stammzellen mit
bestimmten Mutationen erhält man transgene Mäuse)
pluripotent:⇒ viele Entwicklungsmöglichkeiten in sich tragend (von noch nicht ausdifferenziertem Gewebe)
⇒ sind Zellen die sich zu jedem Zelltyp eines erwachsenen Organismus entwickeln können
⇒ im Ggs. zu totipotenten Zellen sind sie nicht mehr in der Lage einen kompletten Organismus zu
bilden
⇒ d.h. die Zellen der inneren Zellmasse können alle Zellen des Körpers hervorrufen (außer dem
Trophektoderm)
totipotent: ⇒ ist die Fähigkeit zur Bildung des Ganzen
⇒ Zellen können in geeigneter Umgebung (Gebärmutter) noch zu kompletten Individuen
heranwachsen
⇒ Embryonen sind auch nach Entfernung von Teilen od. nach Teilung des Embryos in der Lage ein
Ganzes zu bilden
Chimäre: ⇒ ursprünglich ein Geschöpf der griech. Mythologie (ihre Geschwister waren Hydra, Sphinx,
Kerberos)
⇒ vereint Merkmale 2er Arten miteinander
⇒ Kreuzungen: z.B. Schaf-Ziege (Schiege); Löwe-Tieger (Liger); Kamel-Lama (Cama); Zebra mit
anderen Pferdearten (Zebroide)
⇒ durch Verschmelzung erzeugte Embryonen
⇒ heute bekommt der Begriff „Chimäre“ mit der Genetik eine realistische Bedeutung (in
Pflanzenzüchtung + Entwicklung monoklonaler Antikörper; Mischwesen mit menschlichen
Genen wurden schon erzeugt  z.B. Mäuse)
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embryonale Stammzellen: ⇒ ES-Zellen (embryonic stem cells)
⇒ sind Zellen die in einer Kulturschale vermehrt werden können
⇒ sie verhalten sich wie Zellen der inneren Zellm.
⇒ sie sind pluripotent
⇒ sie bilden im Embryo die Vorläufer für sämtliche Körperzellen (jedoch nicht
das Trophektoderm  darum werden sie nicht als totipotent bezeichnet)
⇒ sie können tiefgefroren gelagert werden
VERFAHREN: (Abb. „chimäre Mäuse“; durch die Fusion von Mausembryonen entsteht eine Chimäre)
⇒ wie schon erwähnt bestehen chimäre Mäuse aus Zellen von verschiedenen Mausstämmen
⇒ die Herstellung chimärer Mäuse wurde ursprünglich dazu verwendet, die Entwicklungspotenz der inneren
Zellmasse zu studieren
⇒ es wird ein 8-Zellen-Embryo eines unpigmentierten Mausstammes (weiße Maus) mit einem Embryo eines
pigmentierten Mausstammes (braune Maus) fusioniert
⇒ die innere Zellmasse wird aus der Blastocyste entnommen + auf einem Nährmedium kultiviert
⇒ die innere Zellmasse wird schließlich in der Blastocyste einer andern Maus injiziert (baut sich dort in die
innere Zellmasse ein; innere Zellm. von weißer Maus baut sich in die Blastocyste einer braunen Maus)
⇒ die Chimäre besteht schließlich aus Zellen der weißen + der braunen Maus (die verschiedenen Zellen sind
jedoch nicht fusioniert)
⇒ auf Grund der Verteilung der unterschiedlichen Zellen in der Haut hat diese Chimäre ein gestreiftes Fell (bei
der Maus ist nur „Fell-Chimärismus“ sichtbar, jedoch nicht wie viele Zellen im Körperinneren von welcher
Maus stammen; man nimmt daher an, dass die prozentuellen Anteile im Fell, die gleichen wie im Körper
sind; z.B.: 90% weißes Fell  10% braunes  90% des Körpers sind von Zellen der weißen Maus gebildet)
⇒ Gameten: Die Keimbahnzellen können entweder von der weißen od. der braunen Maus stammen (der
Chimärismus erstreckt sich also auch auf die Geschlechtsorgane + die Gameten)
⇒ die Nachkommen von chimären Mäusen sind natürlich nicht chimär!
⇒ Hybrid: die Zellen können auch miteinander verschmelzen (die Maus ist entweder weiß od. braun; es gelten
die mendel’schen Regeln)
⇒ dieser Versuch ist der Beweis das die Zellen der inneren Zellmasse bei Mäusen noch nicht determiniert sind
(sind pluripotent)
⇒ Später wurde diese Technologie als Ausgangsbasis für die Herstellung gentechnisch veränderter Mäuse
verwendet (ist heute eines der Hauptwerkzeuge der reversen Genetik an Säugetieren)
→ Chimären können auch mit totipotenten Zellen im 4- od. 8-zellstadium gemacht werden.
6.9.2) transgene Mäuse
→ tansgene Organismen sind Lebewesen, die in ihrem Genom zusätzliche Gene aus anderen Arten enthalten
(sind genetisch veränderte Organismen; solche Organismen werden mit genet. Methoden hergestellt ⇒ ist
von traditionellen Züchtungsmethoden zu unterscheiden ⇒ bei ihnen wird auf zufällige Mutationen +
willkürliche Selektion aufgebaut)
→ transgene Techniken dienen dazu um bestimmte Gene in der Entwicklung erforschen zu können
→ ein großer Vorteil ist, wenn man untersuchen kann, wie sich eine Mutation in einem Gen auswirkt
→ bei Wirbeltieren ist es schwierig einfach darauf zu warten bis eine gewünschte Mutation in einer Population
auftaucht (kann sehr lange dauern)
→ Entwicklungsmutationen sind sehr selten
→ bei Mäusen kann man jedoch mit transgenen Techniken einen bestimmten mutierten Genotyp erzeugen
Verfahren:
⇒ aus einer Blastocyste werden Zellen der inneren Zellm. isoliert + in eine Petrischale übertragen
⇒ die veränderte DNA wird in die Zellen eingebracht (ES-Zellen können in Kultur genetisch verändert werden;
dadurch entstehen mutierte Zellen, in denen ein bestimmtes Gen od. mehrere Gene inaktiviert od. neue Gene
eingeführt wurden)
⇒ diese Zellen können anschließend in vivo differenziert od. in eine Blastocyste injiziert werden (wobei wieder
eine chimäre Maus entsteht)
⇒ diese Technik ist besonders dazu geeignet um Funktionsverlustmutationen zu erzeugen (kann so die Rolle
bestimmter Gene in der Entwicklung überprüfen)
⇒ Mutationen die zu einem vollständigen Funktionsverlust eines Gens führen, werden als Gen-Knock-Out
bezeichnet
⇒ einige Mutationen verursachen keinen Funktionsverlust, sonder einen Funktionswechsel
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⇒ die ursprünglichen transgenen Mäuse enthalten mutierte + normale Zellen (die Mutation wirkt sich bei ihnen
kaum aus)
⇒ es sei denn, dass Transgen gelangt in die Keimzellen (dadurch kann man durch Rückkreuzung ein
nichtchimäres transgenes Tier erhalten  in ihm kommt die Mutation entweder in hetro- od. in
homozygoter Form vor; Transgene werden durch Spermien übertragen)
Knock-Out-Mäuse: in ihnen wurde ein Gen gezielt so verändert (mutiert), dass das durch das Gen kodierte
Protein nicht mehr exprimiert wird
7) MESODERMALE INDUKTION
7.1) WIE ENTSTEHT DAS MESODERM?
→ es entsteht aus der Interaktion zw. Ektoderm + Endoderm
→ diese werden zuerst durch maternale Faktoren festgelegt, dann entwickelt sich das Mesoderm.
VERSUCH:
Abb.: „Specification map einer späten Xenopus-Blastula“; Mesoderminduktion durch die vegetative Region
einer Xenopus Blastula
⇒ verschiedene Experimente haben gezeigt, dass die Identität des Mesoderms schon in der Blastocyste (also vor
der Gastrulation) festgelegt ist
⇒ die späte Blastula wird in verschiedene Teile zerlegt
⇒ die Teile werden auf einem sehr einfachen Medium kultiviert
⇒ Zellen aus dem animalen Pol od. aus dem vegetativen Pol bilden alleine Ektoderm bzw. Entoderm
⇒ Zellen aus der äuquatorialen Region bilden Mesoderm (animalen + vegetativen Breiche liegen hier
nebeneinander)
⇒ das ventrale Mesoderm bildet Epidermis, Blutgefäße, Mesenchym
⇒ das dorsale Mesoderm bildet Muskeln, Notochord
⇒ es ist also schon vieles festgelegt, bevor es zur Gastrulation kommt
Abb.: „Kombination von Teilen einer frühen Blastula“
⇒ es werden Gewebestücke aus den animalen + vegetativen Bereichen einer frühen Blastula zusammengegeben
⇒ die Gewebestücke werden einige Tage gemeinsam kulitiviert
⇒ die vegetale Region produziert ein Signal od. Signale, die im animalen Teil Mesoderm induziert (andere
Signale der vegetalen Region induzieren einen Teil des Endoderms )
⇒ man hat in weiterer Folge ein Experiment gemacht
⇒ zwischen animalen + vegetativen Fragmente hat man ein Filterpapier in Porengröße gegeben (verhindert den
Zellkontakt zw. animaler + vegetativen Region)
⇒ es gab immer noch mesodermale Induktion
⇒ Fazit: bei dem Signal muß es sich um sezernierte Moleküle handeln (diffundieren durch extrazellulären
Raum; gelangen nicht über Verbindungskanäle von Zelle zu Zelle)
⇒ wird der Versuch mit dem Filterpapier mit verschiedenen Stadien durchgeführt, stellt man fest, dass die
Zellen der animalen Region nur eine gewisse Zeit für das Signal kompetent sind (Kompetenz: Zellen können
nur eine gewisse Zeit auf ein bestimmtes Signal reagieren.)
⇒ die Kompetenz liegt in diesem Fall zw. dem 32-Zellstadium + dem Beginn der Gastrulation
⇒ vorher können die Zellen des animalen Teils nicht auf das Signal reagieren (nach der Gastrulation auch nicht
mehr)
⇒ es reicht eine Kontaktdauer von 2h um das Mesoderm zu induzieren
⇒ nach 5h ist diese mesodermale Induktion voll ausgebildet.
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Abb.: „Gemeinschaftseffekt der regenerierenden Zellen“; der Gemeinschaftseffekt “
⇒ werden wenige animale Zellen isoliert + mit dem vegetalen Teil in Berührung gebracht, kommt es zu keiner
Ausbildung von Mesoderm
⇒ erst wenn eine bestimmte Mindestanzahl mit dem vegetalen Teil in Berührung kommt, bildet sich Mesoderm
⇒ das Signal der vegetalen Zellen ist immer gleich, aber die animalen Kappen-Zellen können nur ordentlich
reagieren wenn es eine bestimmte minimale Zelldichte gibt (erst wenn diese minimale Dichte erreicht wird,
produzieren sie einen weitern Faktor der Muskelbildung induzieren kann)
⇒ in der undifferenzierten Blastocyste sind noch sehr wenige Zellen vorhanden, daher kann hier kein Mesoderm
induziert werden (die Interaktion ist abhängig von der Quantität)
7.2) ZEITLICHE KONTROLLE DER ENTWICKLUNG (Abbildung)
→ die Embryonalentwicklung ist auch durch eine „innere Uhr“ reguliert
→ der Embryo hat eine Möglichkeit die Zeit zu messen
→ nur zwischen 4 + 11h nach der Befruchtung ist der Embryo kompetent für die Induktion des Mesoderms
→ die relativ lange Möglichkeit zur mesodermalen Induktion erlaubt Regulation + Adaption an bestimmte
Bedingungen
→ nach 16h kommt es zur wirklichen Ausbildung von Muskeln (der Expression von muskelspezifischen Genen)
VERSUCH: (an Xenopus)
⇒ das Kappenzusammenlegexperiment wird zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Kompetenzzeit
durchgeführt
⇒ es wurden Zellen der späten Blastula aus der animalen Region isoliert
⇒ die Zellen haben nur 7h lang die Kompetenz auf mesoderminduzierte Signale zu reagieren (Zeitraum 4-11h
nach der Befruchtung)
⇒ damit die Zellen innerhalb dieses Zeitraumes induzieren können, müssen sie für ca. 2h dem Induktor
ausgesetzt werden
⇒ es stellte sich heraus, dass egal zu welchem Zeitraum, innerhalb der 7h, die Induktion eingesetzt hat, beginnt
die Expression der Muskelgene immer zum gleichen Zeitpunkt nach 16h (d.h. man könnte nun annehmen,
dass, wenn die Durchführung 4 Stunden nach der Befruchtung erfolgt, es 5 Stunden später -also 9 Stunden
nach der Befruchtung- zur Muskelentwicklung kommt; dies ist jedoch nicht der Fall; egal zu welchem
Zeitpunkt innerhalb der 7h die mesodermale Induktion erfolgt, die Expression der mesodermspezifischen
Gene findet immer 16 Stunden nach der Befruchtung statt)
⇒ Die Expression der muskelspezif. Gene ist nicht an den Zeitpunkt der mesodermalen Induktion gekoppelt
⇒ daher muss es einen unabhängigen Mechanismus geben, der die Zeit misst → eine innere Uhr.
7.3) VERSCHIEDENE QUELLEN FÜR DIE MESODERMALEN SIGNALE
→ es gibt ein dorsales + ein ventrales Mesoderm, die beide von unten her induziert werden müssen
→ die Frage ist nun, ob es sich dabei um 1 Signal andelt od. um 2 verschieden Signale?
→ in unterschiedlichen Teilen des zukünftigen Endoderms, werden unterschiedliche Signale gebildet ( resultiert
in der Bildung der unterschiedlichen Mesodermregionen
→ es gibt insgesamt 4 mesodermale Signale:
1. Signal: ⇒ stammt aus dorsalen vegetalen Zellen
⇒ führt samt N.-Zentrum zur Bildung von Chorda + Muskeln
2. Signal: ⇒ stammt aus ventralen vegetalen Zellen
⇒ führt zur Bildung von Blut + assoziiertem Gewebe (Niere)
3. Signal: ⇒ wird von der Ventralregion ausgesendet
⇒ das ventrale Mesoderm beteiligt sich stark an der Bildung der Somiten (trägt damit auch
zur Bildung der Muskulatur bei; auch Herz)
⇒ jedoch aus isolierten Gewebestücken entsteht kein Muskelgewebe (hat das Gewebe aus
dem zukünftigen ventralen Mesoderm im frühen Blastualstadium entnommen)
⇒ daraus folgt, dass noch eine weiteres Signal aus dem ventralen Bereich des Embryos
notwendig ist (ventralisiert das Mesoderm + interagiert mit einem dorsalisierenden Signal)
4. Signal: ⇒ ist ein dorsalisierendes Signal
⇒ dieses Signal stammt aus dem Spemann-Organisator (er selbst wir durch das entodermale
N.-Zentrum induziert  liegt in der früher Blastula genau vegetal davon)
⇒ hinweise darauf liefert ein Experiment
Experiment:
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⇒ es wird ein Fragment der dorsalen Marginalzone einer späten Blastula mit einem Gewebestück aus dem
ventralen künftigen Mesoderm kombiniert
⇒ aus dem ventralen Fragment entstehen beträchtliche Mengen an Muskelgewebe
⇒ aus dem isolierten ventralen Mesoderm entwickeln sich nach der vegetativen Induktion hauptsächlich
blutbildendes Gewebe + Mesenchym
⇒ ventrale Identität ist in beiden Fällen schon festgelegt durch das 3. Signal
VERSUCH: „Transplantation des Spemann-Organisators“
⇒ durch die Transplantation des Spemann-Organisators läßt sich die Wirkung des 4. Signals demonstrieren
⇒ der Spemann-Organisator wird in die ventrale Marginalzone einer frühen Gastrula transplantiert
⇒ das transplantierte Gewebe induziert eine vollständige 2. Dorsalseite (es entsteht ein Doppelembryo;
siamesischer Zwilling; dorsalisierendes Signal  ß-Catenin)
⇒ das ist auch das berühmte Experiment von Hans Spemann + Hilde Mangold (siehe 1.2.4)
→ der Spemann-Organisator induziert Rückgrat- + Kopfbildung
→ wird der Spemann-Organisator entfernt + an eine andere Stelle transplantiert, bildet sich eine neue Achse
(siamesische Zwillinge)
→ eine weitere wichtige Funktion des Spemann-Organisators ist es, das 4. mesodermale Signal abzugeben (legt
Somiten fest)
ABBILDUNG: „Unterschiede bei der Mesoderminduktion durch die dorsalen + ventralen vegetativen
Regionen“
⇒ die dorsale vegetative Region (enthält N.-Zentrum) induziert Chorda + Muskeln im Gewebe der animalen
Polkappe
⇒ die ventrale vegetative Region induziert Blut + begleitende Gewebe
⇒ das ist ein entscheidender Beweis, dass von den dorsalen + ventralen Regionen unterschiedliche
Induktionssignale ausgesandt werden
7.3.1) Die chemische Natur der mesodermalen Signale
→ um die Faktoren zu finden, die das Mesoderm induzieren + organisieren gibt es 2 Strategien:
1) man setzt einer Kultur der isolierten animlen Polkappe den in Frage kommenden Faktor zu
2) man injiziert im frühen Blastualstadium die mRNA (codiert den vermutlichen Faktor in die Zellen des
animalen Pols)
→ die erfolgsversprechenden Kandidaten sind die manternalen Faktoren (sind in der vegetativen Eiregion
lokalisiert)
→ Vg-1 ist einer dieser Faktoren (Mitglied der TGF-Familie)
→ die mRNA von Vg-1 ist in der vegetativen Region lokalisiert (der Faktor weist eine polare Verteilung auf ⇒
kaum am animalen Pol ⇒ hohe Konzentration am vegetalen Pol)
→ eine mRNA-Injektion in den animalen Teil induziert dorsales Mesoderm.
→ die Behandlung der animalen Kappe mit dem Protein induziert die Bildung eines Embryoid (Achse, Kopf;
ersetzt also praktisch den Spemann-Faktor)
→ Wachstumsfaktoren sind kleine Proteine, die häufig als inaktive Vorstufe vorkommen
→ erst nach Abspaltung ist es als Wachstumsfaktor aktiv!
7.4) MUSTERBILDENDE FAKTOREN DES MESODERM
→ nach der Induktion des Mesoderms ist eine Reihe von Proteinen an der Musterbildung des Mesoderms
entlang der Dorsoventralachse beteiligt
Noggin: ⇒ ist ein Gen
⇒ wird in der Region des Spemann-Organisators exprimiert
⇒ das entsprechende Protein wird sezerniert (ist mit keiner bekannten Wachstumsfamilie verwandt)
⇒ die Expression von noggin führt in Gewebestücken aus der animalen Polkappe nicht zu
Mesoderminduktion
⇒ kann jedoch Gewebe aus der ventralen Marginalzone dorsalisieren (darum ist es kein echter Faktor
4)
frizbee: ⇒ ist ein Protein
⇒ wird ebenfalls vom Organisator sezerniert
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chordin: ⇒ ist ein Protein
⇒ wird ebenfalls vom Organisator sezerniert
⇒ kann auch dorsale Gewebe induzieren
→ die Mesoderm-Induktion in anderen Wirbeltieren ist noch weithin unbekannt
→ man nimmt an, dass bei Huhn- + Mausembryonen ebenfalls die TGF-ß-Familie zu den
mesoderminduzierenden Signalen gehört
ABBILDUNG:
„ Verteilung von Proteinsignalen in der Xenopus-Blastula“
⇒ die Signale des Organisators unterdrücken die Wirkung von BMP-4 + Xwnt-8
„Expression von noggin in der Xenopus Blastula“
⇒ die noggin Expression erfolgt in dem dunkel angefärbten Bereich in der Region des Spemann-Organisators
7.4.1) Signale bei der frühen Xenopus-Entwicklung
Faktor
Vg-1
Aktivin
Knochenwachstumsfaktor (BMP-4)
Xwnt-8
Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF)
noggin
chordin
frizbee
Proteinfamilie
TGF-ß-Familie
TGF-ß-Familie
TGF-ß-Familie
Wnt-Familie
FGF
Auswirkungen
Mesoderminduktion
Mesoderminduktion
Musterbildung des ventralen Mesoderms
ventralisiert das Mesoderm
Induktion des ventralen Mesoderms
dorsalisiert-bindet BMP-4
dorsalisiert-bindet BMP-4
dorsalisiert-bindet Wnt-Protein
7.5) DER MITTBLASTULAÜBERGANG
→ das Xenopus-Ei enthält große Mengen maternaler mRNA (werden während der Oogenese im Ei deponiert)
→ weiters enthält es einen großen Vorrat an gespeicherten Proteinen (sind nicht nur Histone)
→ zuerst erhöht sich die Proteinsynthesegeschwindigkeit um das 8,5-fache (Synthese einer großen Anzahl
Proteine setzt ein)
→ bis zur 12. Furchung wird nur wenig neue mRNA synthetisiert (Embryo besteht hier aus 4096 Zellen)
→ dieser Punkt wird als Mittblastulaübergang/mid-blastula transition bezeichnet (dieser Punkt liegt bei der
späten Blastula unmittelbar vor dem Beginn der Gastrulation)
→ ab hier werden zum 1. mal die Gene des Embryos transkripiert (somit werden auch die Gene des Vaters zum
1. mal traskripiert ⇒ paternale Gene)
→ zugleich mit der Transkription verläuft die Furchungsteilung jetzt asynchron (Grund: die Zellen brauchen
unterschiedlich lange um den nächsten Zyklus zu beenden; vorher: Furchungen finden regelmäßig alle
35min statt)
→ weiters gibt es die 1. Zellbewegung
ABBILDUNG: „der Verlauf der Zellzyklen während der Furchungen in Xenopus“
⇒ die Zellzyklen der frühen Furchungen sind kurz + verlaufen synchron
⇒ die späten Furchungen dauern länger + sind asynchron
⇒ der Mittblastulaübergang erfolgt während der 12. Furchung
7.5.1) der Auslöser des Mittblastulaübergangs (Abbildung)
→ die zeitliche Steuerung des Mittblastulaübergangs ähnelt der Zeitmessung mit einer Sanduhr
→ ein bestimmter Stoff muß sich solange anhäufen bis ein Schwellenwert erreicht ist (wird durch die
anfängliche Konzentration eines cytoplasmatischen Faktor freigesetzt; d.h. die Konzentration eines
Moleküls, etwa eines Repressors, könnte mit der Zeit abnehmen –Repressor-Protein wird mit jeder Furchung
weniger-, bis schließlich die Konzentration des Repressors einen bestimmten Schwellenwert unterscheidet;
das Repressorprotein wird mit jeder Furchung weniger, während DNA-Menge gleich bleibt)
→ das ganze währe dann so, als ob der ganze Sand in das untere Glas der Sanduhr gelaufen währe)
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→ erhöht man die Menge der DNA durch Polyspermie od. durch Injektion, erfolgt die Transition/Übergang
früher
→ Cytochalasin-B-Behandlung:
⇒ diese Behandlung hemmt die Zellteilung
⇒ dies hat jedoch keinen Einfluß auf das timing der paternalen Genexpression (die Zellteilung hat somit
keinen Einfluß auf die Transition)
7.6) ZYGOTISCHE GENE
Brachyury: ⇒ ist ein Gen
⇒ es codiert einen Transkriptionsfaktor
⇒ wurde zuerst in Mäusen entdeckt
⇒ es wird zur Mesodermbildung benötigt
⇒ bei allen Wirbeltieren wird zuerst im gesamten zukünftigen Mesoderm exprimiert (später nur in
der Chorda dorsalis + den posterioren Mesoderm)
⇒ bei Xenopus wird es im zukünfigen Ektoderm angeschaltet, wenn man es mit
mesoderminduzierenden Faktoren/Mesoderm-Induktoren (z.B.: Aktivin) behandelt
7.6.1) Wachstumsfaktoren schalten abhängige Gene an
→ es stellt sich die Frage, wie Wachstumsfaktoren (z.B. Vg-1 od. Aktivin) die abhängigen Gene (z.B. Brachyury
) an der richtigen Stelle im Embryo einschalten?
→ die Positionsinformation liegt in Form eines dorso-ventralen Morphogengradienten vor
→ Bsp.: Aktivin:
⇒ ist ein Bsp. dafür wie ein diffusionsfähiger Wachstumsfaktor ein Gewebe organisieren kann (schaltet bei
einer bestimmten Schwellenwertkonzentration ganz gezielt bestimmte Gene an)
⇒ die Zellen der animalen Polkappe einer Xenopus-Blastula reagieren auf ansteigende Aktivinmengen (es
werden dabei unterschiedliche Gene mit der jeweiligen Schwellenwertkonzentration aktiviert)
⇒ ansteigende Aktivinkonzentrationen können diverse Zellzustände festlegen (entsprechen jeweils den
verschiedenen Regionen entlang der dorso-ventral Achse)
⇒ beginnend bei niedriger Konzentration entwickelt sich:
 0: Epidermis
 +: Brachyury wird zusammen mit Muskelgenen exprimiert
 ++: Chorda
 +++: Expression von goosecoid (entspricht der am weitest gelegenen Mesodermregion,
dem Spemann-Organisator)
→ ähnliche Resultate erzielt man, wenn man größere Mengen von Aktivin-mRNA injiziert
VERSUCH: (Abb.: „Abgestufte Reaktion von frühem Xenopus-Gewebe auf ansteigende Konzentrationen von
Aktivin“)
⇒ ansteigende Mengen von Aktivin-mRNA wird in vegetatives Gewebe injiziert
⇒ das Gewebe wird in Kontakt mit der animalen Kappe gebracht
⇒ Aktivin diffundiert in die animale Kappe
⇒ Brachyury wird in einiger Entfernung von der Quelle eingeschaltet
⇒ goosecoid wird in den direkt benachbarten Zellen aktiviert
⇒ die Befunde passen zu der Vorstellung, dass ein Konzentrationsgradient bei einer bestimmten
Schwellenwertkonzentration Gene Aktiviert
→ wenn die antero-posteriore + die dorsal-ventrale Achse festgelegt sind, beginnt die Konstruktion des
Anageplans der Keimschichten
→ trotz maternaler Festlegung einiger Regionen (v.a. Ektoderm, Endoderm), gibt es sehr viel Regulation bei
Wirbeltieren
→ es sind also vor allem Zell-Zell-Interaktionen (u.a. Gradienten von Wachstumsfaktoren) die in der
Frühentwicklung des Wirbeltiers wichtig sind (weniger wichtig sind innere Faktoren)
8) STAMMZELLEN
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Stammzellen:→ „Stem cells”
→ sind undifferenzierte, teilungsfähige, somatische Zellen/Körperzellen (noch nicht spezialisierte
Zelle/noch nicht ausdifferenzierte Zellen)
→ sind zur Ausbildung eines od. mehrerer Zelltypen befähigt (monopotent-multipotent)
→ sind Zellen die sich selbst erneuern (zur Selbsterneuerung befähigt)
→ können sich zu bestimmten Zelltypen differenzieren
→ aus Stammzellen können durch mitotische Teilung wieder 2 undiffernzierte Stammzellen
hervorgehen (symmetrische Zellteilung)
→ auch zu asymmetrischer Teilung fähig (bei der ist eine Tochterzelle bereits differenziert +
nicht mehr totipotent)
Multipotentz: ⇒ Ggs. Zu pluripotent
⇒ sind Zellen die nicht mehr in der Lage sind sich zur jeder Art von Zellen zu differenzieren
⇒ zu ihnen gehören auch die adulten Stammzellen
→ es gibt Proteine die jeder Zelltyp an der Oberfläche repräsentiert (man kann diese zur Diagnose verwenden
um auf Stammzellen zu kommen)
8.1) DAS STAMMZELLEN KONZEPT
→ viele verschiedene Zelltypen des Blutes entstehen aus einer pluripotenten Stammzelle (z.B.: Rote
Blutkörperchen, Macrophagen, …).
→ diese pluripotenten Stammzellen müssen im Körper eines erwachsenen Menschen vorhanden sein (die
Blutzellen differenzieren sich über verschiedene Teilschritte)
→ bei der Zellteilung gehen aus einer pluripotenten Stammzelle eine determinierte Stammzelle/committed stem
cell + eine pluripotente Stammzelle hervor (pluripotente Stammzelle ⇒ determinierte Stammzelle ⇒
Vorläuferzelle)
→ die Vorläuferzelle ist keine Stammzelle mehr (sie ist nicht mehr zur Selbsterneuerung fähig; die beiden
Tochterzellen sind differenzierte Zellen; eine Zelle ist nur dann eine Stammzelle, wenn sie zur
Selbsterneuerung befähigt ist)
8.2) TOTI- + PLURIPOTENTE ZELLEN BEI SÄUGERN
→ bis zum 4-Zellstadium sind die Zellen des frühen menschlichen Embryos totipotent (sind nach Vereinzelung
in der Lage, selbst einen Embryo hervorzubringen)
→ Naturversuch: ⇒ Bildung von Zwillingen
⇒ das Stadium ist von Art zu Art verschieden (z.B. bei der Maus ist es bis zum 8- bzw. 16Zellstadium möglich)
→ ES-Zellen sind pluripotent (nach Transfer solcher Zellen in Blastocysten konnten alle Zelltypen im Embryo +
im erwachsenen Organismus gefunden ewrden ⇒ Chimären; innere Zellmasse Zellen + ES-Zellen können
kein Trophektoderm hervorbringen)
8.3) ADULTE STAMMZELLEN
→ können nur noch organische Zellen bilden
→ embryonale Stammzellen kommen nur im frühen Embryo vor
→ adulte Stammzellen sind im Organismus nach der Geburt vorhanden
→ aus diesen Zellen werden während der gesamten Lebensdauer des Organismus neue spezialisierte Zellen
gebildet
→ sie sind in Organen zu finden (besonders im Knochenmark, in der Haut, aber auch im Fettgewebe, in der
Nabelschnur und im Nabelschnurblut, im Gehirn, der Leber od. der Bauchspeicheldrüse)
→ sie sind in jedem Individuum verfügbar (Einsatz durch körpereigene Zellen ist gegeben
→ sie haben aber im allgemeinen in Zellkultur ein deutlich geringeres Selbsterneuerungsvermögen + ein
eingeschränkteres Differenzierungspotential als embryonale Stammzellen
→ bisher hat man angenommen, dass ihre Differenzierungsmöglichkeiten sehr eingeschränkt sind (Bsp. aus
einer Blut-Stammzelle sollten ausschließlich Blut- + Immunzellen hervorgehen od. eine Hirn-Stammzelle
sollte nur die verschiedenen Zelltypen des Gehirns bilden)
→ jüngste Forschungen belegen doch etwas anderes
→ den Stammzellen wohnt doch eine größere Flexibilität inne (werden adulte Stammzellen in eine neue
Umgebung gebracht, können sie zuweilen ein ungeahntes Potenzial entfalten; es scheinen Umpolungen
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möglich, so dass aus Blut-Stammzellen vom Knochenmark, bei Einlagerung in die Leber, Leberzellen
gebildet werden können)
8.4) EMBRYONALE STAMMZELLEN
8.4.1) 3 Quellen von pluripotenten embryonalen Stammzellen beim Menschen
→ 3 verschiedene Quellen der pluripotenten Stammzellen führen zu den gleichen ES-Zellen
1) Embryonale Stammzellen (ES-cells):
→ undifferenzierte, teilungsfähige, Zellen des Embryos (Blastozyste), die pluripotent sind
→ innere Zellmasse Zellen aus der Blastocyste ⇒ ES-Zellen ⇒ pluripotente Stammzellen
→ Menschliche Blastocysten werden durch in vitro Fertilisation hergestellt (in Europa ist das verboten)
2) Embryonale Keim(bahn)zellen (EG-cells):
→ undifferenzierte, teilungsfähige Zellen (Keimbahnzellen) des Fötus, die in in vitro Kultur pluripotenten sind
→ ES-Zellen aus dem abgetriebenen Fötus ⇒ embryonale Keimbahnzellen ⇒ pluripotente Stammzellen
(aus dem abgetriebenen Fötus können die diploiden Keimbahnzellen isoliert werden; sie sind in diesem
Stadium bereits in die Geschlechtsorgane eingewandert + können sich mehr od. weniger so wie die innere
Zellmasse aus der Blastocyste entwickeln; es gibt jedoch unterschiede ⇒ embryonale Keimbahnzellen)
3) Embryonale Karzinomzellen (EC-cells):
→ Zellen von Teratokarzinomen, die in in vitro Kultur pluripotenten sind.
→ in der Prostata die Krebs hat ⇒ embryonales Karzinom ⇒ pluripotente Stammzellen
→ Teratokarzinom: ⇒ ist eine Form des Hodenkrebs
⇒ Teratom ist eine Krebsform die nicht einfach nur wild wuchert, sondern bei dem man
verschiedene Zelltypen unterscheiden kann (diese Zellen sehen differenziert aus; man
kann Mesoderm-, Ektoderm-, Haut-, Blut-, Muskelzellen, usw. finden)
⇒ spontaner Hodentumor, bzw. Tumorzellen, die entstehen, wenn man menschliche Esod. aktivierte EG-Zellen unter die Haut erwachsener immunsupprimierter Mäuse
spritzt (supprimieren ⇒ zurückhalten, hemmen)
⇒ isoliert man Teratocarcinom-Zellen, sind diese ebenfalls pluripotent (die
Krebseigenschaft der Zelle ist hier verlorengegangen; eine der wenigen Fälle wo
Krebs reversibel ist)
Teratokarzinom:
⇒ auch Teratom genannt
⇒ ist eine Tumorbildung die aus Keimzellen entsteht
⇒ ist ein Mischgeschwulst der Keimzellen, die aus verschiedenen differenzierten + undifferenzierten
Geweben besteht (Bsp. Haut, Haare, Zähne, Muskel- und Nervengewebe)
⇒ Typische Orte der Entstehung sind die Eierstöcke od. Hoden
→ wenn man Krebs verstehen will, muß man die Entwicklungsbiologie verstehen (nicht Zellbio)
(in vitro ⇒ im Reagenzglas durchgeführt)
8.4.2) 3 Tests auf Pluripotentialität von embryonalen Stammzellen
1) in vivo Differenzierung:
⇒ in vivo Differenzierung nach Transfer in die Blastocyste (in vivo ⇒ am lebenden Objekt
angeschaut/durchgeführt)
⇒ ist die Herstellung von genetisch veränderten Mäusen
2) Induktion von Teratokarzinomen nach Transfer in immunsupprimierte Mäuse
⇒ ES-Zellen vom Menschen werden einer immunsupprimierten Maus injiziert
⇒ diese Zellen bilden ein sog. Teratokarzinom (entspricht embroyid body)
⇒ dieser Tumor hat ebenfalls alle Gewebe aber diese sind nicht organisiert ⇒ die Bildung dieses Tumors
ist reversibel, es können daraus wieder normale Zellen entstehen)
3) in vitro Differenzierung
⇒ pluripotente Stammzellen brauchen den LIF-Faktor (rekombinanter Wachstumsfaktor) für die Teilung (sie
wachsen auf LIF; teilen sich ohne sich zu differenzieren)
⇒ nach Abtrennen von LIF: Differnzierung ist dann möglich (Stammzellen ohne LIF bilden eine
Blastocyste + durchlaufen einen analogen Vorgang zur Gastrulation 
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embroyid body; dieser hat verschiedenste Zellen  Muskel-, Herz-,
Epithel-, usw...; aber in untypischen Proportionen, in einem gewissen
Stadium bleibt er dann stehen und stirbt; man kann dann die Zellen nach
Zellart sortieren, diese Zellen können wirklich alles!)
⇒ Entzug von LIF, Trennung von Stammzellen + Feeder-Zellen
⇒ Kultivierung von Stammzellkolonien in Suspensionskultur, Embryoidbildung (ähnelt
Präimplantationsembryo), Dissoziierung der Zellen des Embryoids, Differenzierung in getrennter
Kultur
Embryoid body: ⇒ ist ein missgebildeter Embryo, der später abstirbt
⇒ er ist außen von etwas throphektodermartigen umgeben (enthält eine Art innere Zellmasse)
⇒ die Blastocyste gastruliert, bildet die 3 Keimschichten, neuruliert, bildet ein Herz
⇒ es können alle Zelltypen erzeugt werden
⇒ der Embryo ist nicht implantiert (ihm fehlen daher die Faktoren, die von der Mutter
abgegeben werden  für eine normale Entwicklung notwendig)
⇒ Embryoid bodies sind eine der Quellen für differenzierte Zellen, die transplantiert werden.
8.4.3) Therapien mit embryonalen Stammzellen
→ es gibt verschiedene Möglichkeiten bestimmte Zellen zu erhalten: ⇒ cell sorting
⇒ selective growth media
⇒ gentechnische Veränderung
→ man nimmt ES-Zellen ⇒ gibt sie in unterschiedliche Kulturen ⇒ es entwickeln sich Vorläufer (z.B. Herz - +
Blutzellen, Lymphoszyten,…) ⇒ Zellen sind danach bereit für die Transplantation
ES-Zellen der Maus:
→ ES-Zellen der Maus entwickeln sich in vitro
→ die ES-Zellen sind abhängig von Komponenten im Nährmedium:
⇒ basic fibroblast growth facktor:  in diesem Medium entwickeln sich funktionelle Glia-Zellen
 die Glia-Zellen können in Mäuse implantiert werden
⇒ Retinalsäure:  in diesem Medium entwickeln sich ES-Zellen in neurale Stammzellen
 diese entwickeln sich nach der Transplantation in funktionierende Neuronen
→ werden menschliche ES-Zellen auf Knochenmark von Mäusen kultiviert, entwickeln sich Blutzellen, da die
Stammzellen bestimmte Wachstumsfaktoren vom Knochenmark aufnehmen
Glia-Zellen: ⇒ Sammelbegriff für strukturell + funktionell von Neuronen abgrenzbare Zellen im
Nervengewebe
⇒ bilden ein Stützgerüst für Nervenzellen
⇒ sorgen für die gegenseitige elektr. Isolation der Nervenzelle
⇒ maßgeblich am Stoff- + Flüssigkeitstransport
⇒ an der Aufrechterhaltung der Homöostase im Gehirn (Homöostase: Gleichgewicht der
physiologischen Körperfunktionen; Stabilität des Verhältnisses von Blutdruck, Körpertemp.
usw.…)
⇒ sind direkt am Prozeß der Informationsverarbeitung-, -speicherung + -weiterleitung im NS
beteiligt
⇒ im menschl. Gehirn gibt es ca. 10-50x mehr Glia-Zellen als Neuronen
7.4.4) Herleitung der embryonalen Keimzellen + der männlichen Gameten von ES-Zellen
in vitro Befruchtung: → in eine Eizelle wird eine Spermazelle injiziert
→ in Folge entwickelt sich eine Morula
→ die Zellen enthalten green fluorescent Protein (GFP)
→ diese Zellen bilden später einen embryoid body aus
→ dieser ist in der Lage haploide Zellen (Keimzellen) zu produzieren
→ unter den richtigen Bedingungen kann man aus einem embryoid body direkt
Keimzellen bekommen
→ diese Keimzellen werden wieder für eine in vitro Befruchtung/Fertilisation verwendet,
um zu beweisen, dass es sich wirklich um Keimzellen handelt
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8.4.5) Brauchen wir Stammzellen von Embryos?
→ eine Gegenüberstellung von ES- bzw. EG-Zellen + adulten Stammzellen
ES-/EG-Zellen
aulte Stammzellen
→ ES- + EG-Zellen können genetisch manipuliert → adulte Stammzellen können nicht genetisch
werden
manipuliert werden
→ homologe Rekombination bei menschlichen → adulte hämatopoetische/Blut bildende Stammzellen
embryonalen Stammzellen. (bei der Herstellung
können nicht beliebig expandiert (vermehrt)
von Knock-out-Mäusen wird ganz gezielt ein Gen
werden (Mengenproblem; es gibt Ausnahmen: ⇒
ausgeschaltet ⇒ geschieht durch homologe
Oligodentrozytenvorläuferzellen;die Eigenschaft
Rekombination; es wird kein zusätzliches Gen
ist gewebsspezifisch; gerade bei Erbkrankheiten
erhofft man sich große Heilungschancen mit
eingefügt ⇒ wie bei transgenen Mäusen; hier wird
ein Gen durch ein injiziertes ausgetauscht; die
Stammzelltherapien ⇒ bei den meisten Erbkrankhomologe Rekombination funktioniert nur mit ESheiten ist ein Zelltyp nicht funktionsfähig ⇒
Zellen; wie bei Mäusen gilt auch dasselbe für den
könnte eventuell durch Stammzellen ersetzt werden
Mensch.)
→ es ist einfach noch unklar, welche Quelle die beste ist (es währe notwendig an humanen embryonalen
Stammzellen forschen zu können)
→ eine alternative währen multipotente adulte Stammzellen
→ Vorteile währen: ⇒ natürliche Multipotenz
⇒ Induziert (Multipotenz könnte vielleicht noch erweitert werden)
⇒ Nabelschnurstammzellen (es handelt sich um keine ES sondern fötale Stammzellen; sie
stehen irgendwo zwischen den ES-Zellen + den adulten Stammzellen)
⇒ Transdifferenzierung von adulten Stammzellen
8.4.6) Transdifferenzierung
→ eine Stammzelle (oder eine schon etwas differenziertere Zelle) die unter experimentellen Bedingungen etwas
anderes tut, als sie es in der Natur würde
Transdifferenzierung von Knochenmarks-Stammzellen in Darmzellen bei der Maus und Kolonisierung von
Muskeln in vivo:
⇒ es werden adulte Stammzellen aus dem Knochenmark in den Darm von Mäusen injiziert
⇒ diese Stammzellen entwickeln sich zu Darmzellen (die Zellen differenzieren sich normalerweise in Blutzellen
)
⇒ Fazit: Eine Stammzelle differenziert sich meist ortsgemäß + nicht herkunftsgemäß (jedoch nicht 100%ig)
pigmentierte Epithelzelle eines Huhnes:
⇒ eine einzelne pigmentierte Epithelzelle der embryonalen Retina eines Huhns kann in Zellkultur zu einer
Monolayer an pigmentierten Zellen expandiert werden
⇒ bei weiterer Kultur auf Hyaluronidase, Serum + Phenyl-Schwefelharnstoff (d.h. das Medium wird verändert)
verliert sie die Pigmentierung + andere Retinalzell-Charakteristika (z.B.: Zäpfchenbildung)
⇒ die Epithelzelle wird dedifferenzierung
⇒ bei anschließender Kultur auf Ascorbinsäure + in hoher Zelldichte differenzieren sie zu Linsenzellen
(produzieren das linsenspezifische Protein Crystallin)
⇒ es handelt sich zwar immer noch um einen Zelltyp des Auges, aber die Zellen sehen völlig anders aus (haben
auch eine komplett andere Funktion)
→ Für eine Transdifferenzierung muss die Zelle erst dedifferenzieren bevor sich erneut differenzieren kann.
8.4.7) Sicherheitsaspekte in vitro differenzierter Zellen
→ Histokompatibilität:
⇒ therapeutisches Klonen (somatischer Kerntransfer; man nimmt von jemanden Blutzellen + transferiert
den Zellkern in eine Eizelle  anschließend lässt man eine Blastocyste bilden  daraus macht man
sich eine embryonale Stammzellenkultur  diese regt man zur Differenzierung an  = Selbstklonen)
⇒ genetische Manipulation durch homologe Rekombination (könnte Gene ausschalten, die für die
Abstoßungsreaktion verantwortlich sind; ES-Zellen könnten so von einer in vitro Fertilisation
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verwendet werden; der Mensch würde embryonale Stammzell-Linien abstoßen, außer man
manipuliert sie genetisch)
→ Krebsbildung durch Co-Transfer von Stammzellen (ektopische Position induziert Krebs):
⇒ Herstellung homogener Zellpopulationen
⇒ das bedeutet effiziente Abtrennung von Stammzellen (z.B.: Wenn man sich Herzzellen transplantieren
lässt, müssen alle Zellen auch wirklich Herzzellen sein; Stammzellen könnten sich ansonsten im Körper
wie ein Teratokarzinom entwickeln; differenzierte Zellen müssen „sauber“ von embryonalen
Stammzellen sein, wenn man sie implantiert)
⇒ ist also eine technologische Frage
→ Infektionsgefahr durch Feeder-Zellen od. Serum
⇒ man benötigt ein definiertes, serumfreies Medium mit rekombinanten Wachstumsfaktoren + definierten
extrazellulären Matrices
⇒ das Nährmedium dürfte überhaupt keine Extrakte enthalten
9) KLONEN
+
„ENTWICKLUNGSBIOLOGISCHE TOTIPOTENZ“
9.1) KLONEN
→ die Ausgangszelle fürs Klonen ist eine unbefruchtete Eizelle deren Kern entfernt bzw. zerstört wurde (die
Eizelle ist dadurch nicht mehr funktionsfähig)
VERSUCH:
⇒ aus der Wurzel einer Karotte wird eine dünne Scheibe herausgeschnitten
⇒ die Scheibe wird Oberflächensterilisiert + in ein Reagenzglas gegeben (enthält ein Nährmedium mit
Kokosnussmilch)
⇒ die Scheibe beginnt schließlich zu prolieferieren
⇒ die Zellen entwickeln sich zu Embryonen, wobei sie die normalen Stadien einer dicotylen Pflanze
durchlaufen (später bilden sie Wurzeln + Blätter; in Folge eine Karotte)
⇒ bei diesem Prozess handelt es sich um Klonen
⇒ aus einem Gewebsstück kann man eine riesige Anzahl an Nachkommen produzieren, die genetisch identisch
sind
⇒ dieser Versuch zeigt, dass einzelne ausdifferenzierte somatische Zellen reprogrammiert werden können (zur
Bildung eines kompletten Embryos. Die Zelle verhält sich wie eine befruchtete Eizelle + ist totipotent)
9.2) KLONEN VON FRÖSCHEN
9.2.1) Rana pipiens (Laubfrosch)
→ es funktioniert nicht eine einzelne Zelle zu nehmen + sie auf ein Nährmedium aufzubringen
→ der einzige Weg bei Tieren ist der somatische-Kerntransfer
somatischer-Kerntransfer:
⇒ aus einer unbefruchteten Eizelle wird der Kern entfernt (meiotische Spindel)
⇒ die meiotische Spindel wird aus dem Cytoplasma entfernt (wird aber in der Vitellinschicht belassen)
⇒ eine solche Eizelle ist aktiviert, da das Anpieksen einer unbefruchteten Eizelle bei Fröschen ausreicht um
eine Embryonalentwicklung einzuleiten.
⇒ nun wird aus irgendeinem Froschgewebe (Darm, Haut, etc.) der Kern entnommen + in die entkernte,
aktivierte Eizelle transferiert (enthält dadurch einen somatischen diploiden Kern)
⇒ Ergebnis: der Versuch hat mit manchen Geweben funktioniert.
9.2.2) Xenopus laevis
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→ wenn man kultivierte adulte Hautzellen (müssen vorher kultiviert werden!) entkernt + den Kern in Eizelle
überträgt entwickelt sich eine Kaulquappe.
→ wurden andere Zellkerne eines adulten Frosches verwendet, entwickelte sich gar nichts.
→ bei Xenopuszellen adulter Frösche glückte die Reprogrammierung nur mit bereits in Zellkultur
(zellteilungsaktivierten) befindlichen adulten Hautzellen.
→ verwendet man für den somatischen Kerntransfer Darmepithelzellen von Kaulquappen, kommt es ebenfalls
zur Kaulquappenentwicklung (die Darmepithelzellen mussten nicht kultiviert werden!)
→ werden die Kerne von Xenopus-Blastula-Zellen in entkernte Eizellen eingebracht, entwickeln sich Frösche
(die Blastulazellen waren in diesem Sinne totipotent; die Totipotenz geht mit fortschreitender Entwicklung
verloren)
→ es wurden die gleichen Versuche mit Mäusen durchgeführt (man erhielt überhaupt keine Ergebnisse; nicht
einmal mit der Blastula)
9.3) DOLLY (REPRODUKTIVES KLONEN)
→ beim reproduktiven Klonen wird der Embryo in einer Leihmutter eingepflanzt + die natürliche Entwicklung
zum vollständigen Organismus abgewartet
→ Sinn des Experiments bei Dolly war nur der Beweis für die Totipotenz ausdifferenzierter Zellen!!
→ denn streng genommen handelt es sich bei Dolly nicht um einen richtigen Klon, da die Gene der
Mitochondrien nicht vom Spendertier mit übernommen wurden (somit wurde keine hundertprozentige
genetische Übereinstimmung mit dem Ausgangstier erreicht)
→ ausgegangen wurde von 2 verschiedenen Schafrassen:
1) Scottish blackface ⇒ Eizelle
2) Finn-Dorset ⇒ trächtig ⇒ Kern einer ausdifferenzierte Milchdrüsenzelle
→ verwendet wurde dabei eine differenzierte Zelle (eine Epithelzelle aus der Brustdrüse)
→ die ausdifferenzierten Milchdrüsenzellen wurden in Zellkultur gegeben
→ anschließend wurden die Zellen entnommen + mit der entkernten Eizelle zusammengebracht
→ die Entkernung wurde mit einer Pipette durchgeführt
→ die Zelle wurde unter die Vittelinschicht der Eizelle gebracht + die beiden Zellen elektrisch fusioniert (die
Membranen verschmelzen + der somatische Kern befindet sich im Cytoplasma)
→ es kommt schließlich zu Zellteilungen
→ danach wird die Blastocyste in ein 3. Schaf (Scottish blackface) übertragen (dadurch kann festgestellt werden,
ob es sich beim geborenen Schaf wirklich um die implantierte Blastocyste handelt)
→ das Resultat war Dolly (Dolly ist Finn-Dorset)
→ Beweis: ⇒ terminal differenzierte Zellen von Säugetieren enthalten die komplette Erbinformation der Art
⇒ somatische Zellen + Eizellen sind im Gehalt an Erbinformation äquivalent
⇒ diese Information sind nicht irreversibel verändert
→ man hat mit diesem Versuch also gezeigt, dass ausdifferenzierte Säugerzellen wie Pflanzenzellen wieder
komplett reprogrammiert werden können, so dass sie so funktionieren wie der Kern einer Eizelle (es wurde
damit bewiesen, dass auch ausdifferenzierte Zellen noch „Funktionieren“, also noch alle Gene besitzen)
→ das Klonen von Dolly aus einem adultem Nucleus ist ein Beweis für die Epigentik. (Wobei: je jünger die
Zellen umso einfacher ist das Klonen)
→ Dolly hatte 3 genetisch verschiedene Mütter
→ es wurden genetische Fingerabdrücke der 3 Mütter gemacht um zu beweisen, dass Dolly zB. nicht ident mit
der Leihmutter od. der entkernten Eizelle ist, sondern wirklich genetisch ident mit dem adulten Nucleus
→ im Laufe ihres Lebens wurde Dolly mehrfach Mutter (auf natürlichem Weg)
→ am 14. Februar 2003 musste Dolly im Alter von 6,5 Jahren in Folge einer schweren Lungenkrankheit
eingeschläfert werden (Dolly zeigte zu diesem Zeitpunkt Alterserscheinungen wie etwa Arthrose;
normalerweise werden Schafe um die 20 Jahre alt; daher wird diskutiert, ob es sich bei den frühen
Alterserscheinungen um Folgen der Klonung handelt, denn die implantierten Zellkerne stammten aus einem
erwachsenen Tier + sind daher schon älter)
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→ Ein Gegenbeispiel ist der Seeigel, in somatischen Zellen werden Chromosomenteile eliminiert, nur in der
Keimbahn ist das ganze Genom vorhanden
9.3.1) Herstellung gentechnisch veränderter Schafe für das „gene pharming“
die Idee:
⇒ Produktion eines gentechnisch veränderten Schafes
⇒ das Schaf soll ein Gen exprimieren dessen Protein in die Milch sekretiert wird + pharmazeutische Bedeutung
hat (z.B.: Blutgerinnungsfaktoren, Antigene, Insulin, Wachstumsfaktoren,…)
→ Rekombinante DNA wird in eine Eizelle übertragen
→ die Blastocyste wird einer Leihmutter eingesetzt
→ man erhält in Folge transgene Nachkommen
→ diese geben Milch aus der das gewünschte Protein extrahiert werden kann
→ nach der Reinigung kann der Stoff pharmazeutisch eingesetzt werden.
Wozu klonen?
⇒ man muss sehr viele transgene Schafe produzieren, um eines zu erhalten, dass sehr viel von dem gewünschten
Protein produziert (der Gentransfer-Prozess nicht sehr effizient ist)
⇒ selbst wen das Gen im Genom enthalten ist, ist es oft nicht sehr gut exprimiert
⇒ deshalb will man eine Reihe transgener Schafe produzieren (man möchte das Schaf selektieren, das am
meisten produziert + dieses Schaf dann klonen)
9.4) THERAPEUTISCHES KLONEN
→ der Embryo wird nach wenigen Zellteilungen zerstört
→ die einzelnen Zellen werden in eine Kultur zum weiteren Wachstum gebracht
→ mit Hilfe geeigneter chem. + biolog. Wachstumsfaktoren lässt sich aus diesen Stammzellen möglicherweise
jede Gewebeart, vielleicht sogar ganze Organe züchten, oder die Stammzellen werden direkt in den Körper
des Patienten eingebracht
→ der Vorteil dieser geklonten embryonalen Stammzellen liegt darin:
⇒ es gibt eine größere Vielfalt an züchtbaren Gewebearten (gegenüber adulten Stammzellen)
⇒ in der genetischen Übereinstimmung der Zellen des Patienten (jedoch sind die Gefahren von
Tumoren durch diese Stammzellen noch nicht abschätzbar)
Therapeutisches Klonen:
⇒ eine Spendereizelle wird entkernt
⇒ man überträgt in die entkernte Eizelle Zellkerne aus Zellen im Speichel
⇒ es entwickelt sich eine Blastocyste aus der die ES-Zellen isoliert werden können
⇒ werden anschließend in die entsprechenden Zellen differenziert
⇒ im Gegensatz zum Klonen von Tieren wird hier kein lebensfähiger Organismus produziert
9.4.1) Sicherheitsaspekte bei der Transplantation von in vitro differenzierten Stammzellen
Histokompatibilität:
→ sind Zellen die für eine Transplantation verwendet werden
→ diese Zellen dürfen vom Körper nicht abgestoßen werden
→ am besten sind daher Zellen geeignet, die das gleiche genetische Material beinhalten, wie der Patient
→ man benutzt Entweder:
⇒ adulte Stammzellen (werden transdifferenziert zu den entsprechenden Zellen; z.B.: Nervenzellen)
⇒ Zellen die durch therapeutisches Klonen (somatischer Kerntransfer) hergestellt werden
9.4.2) Therapeutisches Klonen kombiniert mit Gentherapie bei Erbkrankheiten
→ eine Maus hat Rag2-/- (Blutkrankheit)
→ die defekten Erythrozyten sollen durch funktionierende ersetzt werden
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→ aus der Schwanzspitze werden somatische Zellen entnommen
→ es folgt ein Kerntransfer in eine Eizelle
→ eine Blastocyste entsteht
→ man entnimmt die inneren Zellmassezellen
→ diese ES-Zellen sind Rag2-/→ Rag2-/- werden nun mit Rag2 (wildtyp) transformiert
→ bei diesen Zellen wird nun die hematopoietische Differenzierung induziert (es entstehen Reg2
hematopoietische Stammzellen ⇒ werden in die Maus injiziert)
→ die Maus ist geheilt
→ die Therapie muss wahrscheinlich öfter wiederholt werden
→ die veränderten Zellen werden natürlich nicht an die Nachkommen weitergegeben
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