News: Zurück zum Start
Eine fein ausgeklügelte Klaviatur genetischer Prozesse sorgt für eines der größten Wunder des Lebens: Die Entwicklung eines komplizierten Organismus mit einer Vielzahl hoch differenzierter Zellen aus einer einzigen undifferenzierten Eizelle. Doch auch der umgekehrte Prozess, die Dedifferenzierung, will wohl kontrolliert sein.
© Proceedings of the National Academy of Sciences (Ausschnitt)
Vor 1,5 Milliarden Jahren war das Leben den Kinderschuhen schon entwachsen, schließlich konnte es bereits auf eine lange Erfahrung von über zwei Milliarden Jahren zurückblicken. Die Geschichte hätte in gewohnten Bahnen ziemlich unspektakulär weiter verlaufen können, doch einige der damaligen Lebensformen wagten eine Innovation, die den Gang der Ereignisse revolutionär verändern sollte: Sie erfanden die Arbeitsteilung.
Denn bis dahin gingen die Zellen, jede einzelne für sich, ihre eigenen Wege und mussten sich als entsprechende Alleskönner beweisen. Doch dann schlossen sich einige dieser Einzelgänger zu nächst nur losen Verbänden zusammen, aus denen nach und nach schließlich die hoch differenzierten Organismen des Pflanzen- und Tierreichs entstehen sollten.
Dieser freiwillige Zusammenschluss lässt sich heute immer noch beobachten. Als Paradebeispiel hierfür gilt die zu den Zellulären Schleimpilzen oder Acrasiomycota zählende Spezies Dictyostelium discoideum. Normalerweise pflegen hier einzelne Zellen, die ständig auf der Jagd nach Bakterien wie Amöben durch feuchte Erde kriechen und sich schlicht durch Teilung vermehren, ein ausgeprägtes Individualistendasein. Wird die Nahrung jedoch knapp, geschieht Erstaunliches: Wie von Geisterhand gesteuert, sammeln sich tausende dieser Einzelgänger und bilden innerhalb eines Tages ein gewebsähnliches Gebilde, das Pseudoplasmodium. Diese Zellmasse kriecht zunächst wie eine Nacktschnecke umher, bis schließlich aus ihr ein Stil herauswächst, der oben einen Fruchtkörper trägt. Dieser Fruchtkörper wiederum entlässt einzelne Sporen, welche die schlechten Zeiten überdauern können. Verbessert sich das Nahrungsangebot, dann schlüpfen aus den Sporen wieder einzelne amöboide Zellen, und der Kreis schließt sich.
Für Entwicklungsbiologen stellt dieser Pilz natürlich ein gefundenes Fressen dar, lässt sich an ihm doch wunderbar studieren, wie der Prozess der Differenzierung gesteuert wird. Und so kennt die Wissenschaft bereits eine ganze Schar von Genen, die hier regulierend eingreift.
Mariko Katoh von der japanischen Universität Tsukuba und ihre Kollegen interessierten sich daher auch weniger für den bereits gut untersuchten Prozess der Differenzierung, sondern für das genau Umgekehrte: die Dedifferenzierung. Denn diese Rückverwandlung in den undifferenzierten Ursprungszustand findet mitunter auch beim Schleimpilz stand, wenn die Entwicklung zum Pseudoplasmodium oder zum Fruchtkörper plötzlich gestoppt wird und die Zellen wieder ein Einzeldasein vorziehen. Ist diese Dedifferenzierung ein eher unspezifischer Vorgang, oder greifen auch hier genetische Regulationsmechanismen ein?
Um diese Frage zu beantworten, haben die Forscher die RNA in verschiedenen Stadien bei der Differenzierung und Dedifferenzierung von D. discoideum herausgefischt und konnten so die Aktivitäten von fast 6000 Genen verfolgen. 2000 dieser Erbfaktoren waren bereits als klassische Regulatoren der Entwicklung bekannt, wobei etwa die Hälfte von ihnen ihre Aktivität bei der Differenzierung steigert, während die andere Hälfte umgekehrt in ihrem Arbeitseifer gebremst wird.
Wie sich zeigte, geschieht in einer ersten Phase der Dedifferenzierung das Umgekehrte: Die vorher aktiven Gene stellen ihre Produktion ein, die zuvor schweigsamen werden jetzt äußerst rege. Doch dann treten auch andere Gene, die an der Differenzierung nicht beteiligt waren, in Aktion. Die Forscher fanden bei dem Schleimpilz insgesamt 122 Gene, die nur bei der Dedifferenzierung, nicht jedoch bei der Differenzierung eine Rolle spielen.
Die Rückverwandlung in den Ausgangszustand scheint damit – genauso wie der Differenzierungsprozess – ein wohl geordneter Vorgang zu sein, der dem strengen Regiment der Gene gehorcht. Vermutlich passiert die Differenzierung mehrere Kontrollstellen, die den Fortgang der Entwicklung überwachen. Läuft hier irgendetwas schief, wird der Prozess gestoppt, und für die Zellen heißt es: Zurück zum Start!
Denn bis dahin gingen die Zellen, jede einzelne für sich, ihre eigenen Wege und mussten sich als entsprechende Alleskönner beweisen. Doch dann schlossen sich einige dieser Einzelgänger zu nächst nur losen Verbänden zusammen, aus denen nach und nach schließlich die hoch differenzierten Organismen des Pflanzen- und Tierreichs entstehen sollten.
Dieser freiwillige Zusammenschluss lässt sich heute immer noch beobachten. Als Paradebeispiel hierfür gilt die zu den Zellulären Schleimpilzen oder Acrasiomycota zählende Spezies Dictyostelium discoideum. Normalerweise pflegen hier einzelne Zellen, die ständig auf der Jagd nach Bakterien wie Amöben durch feuchte Erde kriechen und sich schlicht durch Teilung vermehren, ein ausgeprägtes Individualistendasein. Wird die Nahrung jedoch knapp, geschieht Erstaunliches: Wie von Geisterhand gesteuert, sammeln sich tausende dieser Einzelgänger und bilden innerhalb eines Tages ein gewebsähnliches Gebilde, das Pseudoplasmodium. Diese Zellmasse kriecht zunächst wie eine Nacktschnecke umher, bis schließlich aus ihr ein Stil herauswächst, der oben einen Fruchtkörper trägt. Dieser Fruchtkörper wiederum entlässt einzelne Sporen, welche die schlechten Zeiten überdauern können. Verbessert sich das Nahrungsangebot, dann schlüpfen aus den Sporen wieder einzelne amöboide Zellen, und der Kreis schließt sich.
Für Entwicklungsbiologen stellt dieser Pilz natürlich ein gefundenes Fressen dar, lässt sich an ihm doch wunderbar studieren, wie der Prozess der Differenzierung gesteuert wird. Und so kennt die Wissenschaft bereits eine ganze Schar von Genen, die hier regulierend eingreift.
Mariko Katoh von der japanischen Universität Tsukuba und ihre Kollegen interessierten sich daher auch weniger für den bereits gut untersuchten Prozess der Differenzierung, sondern für das genau Umgekehrte: die Dedifferenzierung. Denn diese Rückverwandlung in den undifferenzierten Ursprungszustand findet mitunter auch beim Schleimpilz stand, wenn die Entwicklung zum Pseudoplasmodium oder zum Fruchtkörper plötzlich gestoppt wird und die Zellen wieder ein Einzeldasein vorziehen. Ist diese Dedifferenzierung ein eher unspezifischer Vorgang, oder greifen auch hier genetische Regulationsmechanismen ein?
Um diese Frage zu beantworten, haben die Forscher die RNA in verschiedenen Stadien bei der Differenzierung und Dedifferenzierung von D. discoideum herausgefischt und konnten so die Aktivitäten von fast 6000 Genen verfolgen. 2000 dieser Erbfaktoren waren bereits als klassische Regulatoren der Entwicklung bekannt, wobei etwa die Hälfte von ihnen ihre Aktivität bei der Differenzierung steigert, während die andere Hälfte umgekehrt in ihrem Arbeitseifer gebremst wird.
Wie sich zeigte, geschieht in einer ersten Phase der Dedifferenzierung das Umgekehrte: Die vorher aktiven Gene stellen ihre Produktion ein, die zuvor schweigsamen werden jetzt äußerst rege. Doch dann treten auch andere Gene, die an der Differenzierung nicht beteiligt waren, in Aktion. Die Forscher fanden bei dem Schleimpilz insgesamt 122 Gene, die nur bei der Dedifferenzierung, nicht jedoch bei der Differenzierung eine Rolle spielen.
Die Rückverwandlung in den Ausgangszustand scheint damit – genauso wie der Differenzierungsprozess – ein wohl geordneter Vorgang zu sein, der dem strengen Regiment der Gene gehorcht. Vermutlich passiert die Differenzierung mehrere Kontrollstellen, die den Fortgang der Entwicklung überwachen. Läuft hier irgendetwas schief, wird der Prozess gestoppt, und für die Zellen heißt es: Zurück zum Start!
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