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Siamesische Zwillinge Forscher lösen jahrhundertealtes Rätsel um spiegelverkehrte Organe

| Autor / Redakteur: Dorothee Barsch und Florian Klebs* / Dr. Ilka Ottleben

Sie teilen sich einen Körper und sind doch oft das genaue Gegenteil voneinander – zumindest im Inneren. Siamesische Zwillinge beschäftigen Forscher schon seit Jahrhunderten. Doch eine Frage blieb bisher offen: Warum sind bei jedem zweiten rechtsseitigen Zwilling die inneren Organe spiegelverkehrt? Biologen der Uni Hohenheim haben nun eines der ältesten Rätsel der Entwicklungsbiologie gelöst.

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Kein höheres Leben ohne Asymmetrie: Sie sorgt dafür, dass sich u.a. das Herz asymmetrisch entwickelt, mit unterschiedlich großen Kammern und zwei Blutkreisläufen für Lunge und Körper.
Kein höheres Leben ohne Asymmetrie: Sie sorgt dafür, dass sich u.a. das Herz asymmetrisch entwickelt, mit unterschiedlich großen Kammern und zwei Blutkreisläufen für Lunge und Körper.
(Bild: gemeinfrei)

Stuttgart – Das Herz schlägt links: So ist das bei den meisten Menschen. Bei siamesischen Zwillingen, ist das häufig anders – aber nur im Körper des rechten Zwillings von Paaren, die an Brust oder Bauch zusammengewachsen sind. Das ist bei 70 Prozent der siamesischen Zwillinge der Fall. Bei jedem zweiten von ihnen sind die inneren Organe des rechten Zwillings spiegelverkehrt angeordnet, das Herz sitzt rechts. Bei Wirbeltieren und Menschen werden die Weichen für diese Entwicklung bereits im Alter von wenigen Tagen bis Wochen gestellt wie Prof. Dr. Blum und seine Mitarbeiter Mathias Tisler und Dr. Thomas Thumberger von der Universität Hohenheim jetzt publizierten.

Protein-Bremse sorgt für einen kugelrunden Start

Drei Asymmetrie-Gene sorgen in diesem Entwicklungsstadium dafür, dass sich das Herz mit der Spitze nach links ausrichtet und auch die inneren Organe asymmetrisch ausbilden.

In den ersten Tagen nach der Befruchtung werden diese Gene noch von einem bestimmten Protein blockiert. Der Embryo entwickelt sich perfekt symmetrisch. Doch bereits nach wenigen Tagen vollzieht sich im Embryo eine ganze Kette von Ereignissen, die diese Gen-Bremse in den Zellen der linken Körperhälfte lösen.

„In der Folge wandert das Herz nach links, die Leber nach rechts, die Herzkammern werden unterschiedlich ausgebildet. Wird die Protein-Bremse jedoch nicht gelöst, dann bleiben die Asymmetrie-Gene unterdrückt. Als Ergebnis müssen sich die Organe dann zufällig anordnen“, erklärt Prof. Dr. Blum. „Bei 50 Prozent der betroffenen Lebewesen sitzen sie am gewohnten Platz. Bei den anderen 50 Prozent auf der entgegengesetzten Körperseite.“

Zell-Härchen (Cilien) geben den Anstoß zur Asymmetrie

An wenige Tage alten Froschembryonen konnte Prof. Dr. Blum in vorangegangenen Forschungsprojekten nachvollziehen, wie eine vier bis sechsstündige Ereigniskaskade die Protein-Bremse löst. Verantwortlich dafür sind Cilien: winzige Härchen auf der Oberfläche bestimmter Zellen in dem Bereich des Embryos, aus dem sich später der Darm entwickelt.

Die Cilien sind so angeordnet, dass sie sich wie Propeller im Kreis bewegen. Dabei verursachen sie einen Flüssigkeitsstrom, der sich außerhalb dieser Darmzellen von rechts nach links bewegt. Links des Cilienfeldes gibt der anbrandende Flüssigkeitsstrom den Zellen das Signal, die Protein-Bremse zu lösen. Rechts des Cilienfeldes fehlt das Signal: Die Protein-Bremse bleibt intakt. Auf diese Weise gib dieser Flüssigkeitsstrom den Startschuss für die asymmetrische Ausprägung der Organe. „Das ist wie ein Domino-Effekt: von da an nicht mehr zu bremsen“, verdeutlicht Prof. Dr. Blum.

Linker Zwilling blockiert die Entwicklung des rechten Zwillings

Die gleiche Ereigniskaskade findet auch bei siamesischen Zwillingen statt. Beim rechten und linken Zwilling geben die Cilien gleichermaßen das Signal zum Aussetzen dieses Inhibitor-Proteins. Während das beim linken Zwilling auch geschieht, hat der rechte jedoch ein Problem: Seine linke Körperhälfte überlappt sich mit dem rechten Bereich beim linken Zwilling.

Hier wird das Brems-Protein jedoch nicht gelöst, sondern strahlt sogar noch auf den rechten Zwilling aus. Die Folge: Beim rechten Zwilling werden die Asymmetrie-Gene nicht aktiviert, die Organe entwickeln sich zufällig – und bei jedem zweiten rechtsseitigen Zwilling eben spiegelverkehrt.

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