Pressemitteilung 24. Januar 2011 GPS für Zellen: Interpretation des

DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden – Exzellenzcluster
Pressemitteilung 24. Januar 2011
GPS für Zellen: Interpretation des zellulären Ortungssystems
Neues komplexes Leben kann nur entstehen, wenn die einzelnen Zellen eines
Organismus wissen, wie sie sich entwickeln sollen und an welche Stelle sie gehören.
Bei dieser Orientierung hilft ihnen ein Art zelluläres GPS System
(Konzentrationsgradienten), welches den Zellen eine eindeutige Information über
deren Position und Schicksal übermittelt. Bisher war nicht bewiesen, wie die Zellen
diese Positionsinformation auswerten und sich danach richten. Dresdner Forscher
konnten nun erstmals im lebenden Organismus eines Zebrafisches beobachten, wie
Zellen die Ortungssignale eines bestimmten Signalproteins interpretieren und diese
zur Weiterentwicklung nutzen.
Aus einer Handvoll Zellen bilden sich während der Entwicklung eines Organismus
verschiedene Gewebe aus denen wiederum ein Embryo entsteht. Für die
Entschlüsselung der faszinierenden Abläufe, die während der Entstehung neuen
Lebens eine Rolle spielen, interessieren sich Wissenschaftler seit Jahrzehnten.
Welches Gewebe sich aus welcher Zelle bildet und wo genau sich die einzelnen Zellen
positionieren müssen, legen Signalmoleküle in Konzentrationsgradienten fest. Die
Signale dieses „zellulären GPS Systems“ müssen von den Zellen aber ausgewertet
werden, um die Information sinnvoll zu nutzen. Die molekularen Mechanismen hinter
dieser Interpretation waren bisher größtenteils unklar. Licht ins Dunkel brachten nun
Wissenschaftler vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden
(CRTD) und dem Biotechnologischen Zentrum der TU Dresden (BIOTEC) mit einer
neuen Studie in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology. Sie beobachteten in lebenden
Zebrafischen, wie Zellen ihre Ausbildung und Anordnung durch Auswertung des
Ortungssignales ändern können, ohne das „GPS Signal“ selbst zu verändern.
Im Zentrum des Interesses der Wissenschaftler aus der Forschungsgruppe um den
Entwicklungsgenetiker Prof. Michael Brand stand das Signalprotein FGF8. Es hat eine
Schlüsselfunktion bei der Entwicklung von Wirbeltieren, und spielt bei der frühen
Ausbildung von Gehirn, Herz und Gliedmaßen eine bedeutende Rolle - ohne FGF8
kommt es während der Entwicklung zu starken Fehlbildungen. Unter anderem mit
Hilfe der Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) – einer hochempfindlichen
quantitativen Messmethode – konnten die Wissenschaftler in ihrer Studie zeigen,
dass die Aufnahme zellfremder Stoffe in die Zelle (Endocytose) für das korrekte
Auslesen von FGF8 Signalen verantwortlich ist. Hierzu wurden im lebenden, sich
entwickelnden Organismus sowohl das Signal als auch die Aufnahme des Signals in
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die Zelle und dessen Interpretation in der Zelle gemessen. „Das wirklich
überraschende Ergebnis hierbei war, dass die Art und Weise wie die Zellen mit dem
aufgenommen Signal umgehen auch die nachfolgende Reaktion der Zellen auf das
Signal beeinflusst. Während das Signal außerhalb der Zelle gleich bleibt, ändert sich je
nachdem wie das aufgenommene Signal behandelt wird auch das Verhalten der Zellen
– so als ob ein GPS-Empfänger, in dem Fall die Zelle, umprogrammiert wird“, so Dr.
Matthias Nowak, Mitarbeiter im Labor von Prof. Brand. In einer früheren Studie
konnten die Wissenschaftler zeigen, dass auch die Zellen selbst an der Ausbildung der
korrekten Signale beteiligt sind. Die Basis hierfür ist ebenfalls die Endocytose, die es
den Zellen erlaubt die Signalstoffe aufzunehmen und somit deren Reichweite zu
begrenzen. „Auf diese Weise nutzen die Zellen in faszinierender Weise eine einzige
Funktion, nämlich die Aufnahme des Signalstoffes, für zwei völlig unterschiedliche
Zwecke: Zum einen für die Ausbildung eines lesbaren Signals und zum anderen für das
Auslesen des Signals“, so Nowak. Die Entdeckung dieser doppelten Funktion von
Endocytose in der Entwicklung von Lebewesen ist ein neues Konzept. Die Ergebnisse
der Studie werden endscheidend dazu beitragen, die Entstehung von Organen
beziehungsweise ganzen Organismen aus einzelnen Zellen zu verstehen und stellen
damit einen weiteren Schritt zur Aufklärung der faszinierenden grundlegenden
Prozesse des Lebens dar.
In zukünftigen Studien möchte Prof. Brand weiter erforschen wie sich Signale
zwischen Zellen fortbewegen, wie die Zellen diese Signale beeinflussen und wie diese
dann zu einem bestimmten Verhalten von Zellen führen. Dieses Wissen ist nicht nur
für die Grundlagenforschung von großer Bedeutung, sondern auch für eine mögliche
künftige Anwendung solcher hochwirksamen Signalmoleküle für regenerative
Therapien, wie zum Beispiel der künstlichen Herstellung von Spenderorganen.
Matthias Nowak, Anja Machate, Shuizi Rachel Yu, Mansi Gupta & Michael Brand „Interpretation of the
FGF8 morphogen gradient is regulated by endocytic trafficking”. Nature Cell Biology. Advance Online
Publication: 23.Januar 2011 | DOI: 10.1038/ncb2155
Kontakt für Journalisten:
Katrin Boes, Pressesprecherin CRTD / BIOTEC
Tel.: 0351 463 40347, E-Mail: [email protected]
Prof. Dr. Michael Brand
Tel.: 0351 463 40345, E-Mail: [email protected]
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