Wie entstehen Körperachsen?

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Ruprecht-Karls Universität Heidelberg

Analyse auf molekularer Ebene

Bei ihren molekularen Analysen von Stammzellen und Wnt-Proteinen beim Süßwasserpolypen Hydra, der nur eine einzelne klar definierte Körperachse mit einer Körperöffnung besitzt, haben die Forscher nun den so genannten Nodal-Signalweg in diesem evolutionär ursprünglichen System identifiziert. „Bisher war dieser Signalweg nur aus bilateral symmetrischen Tieren bekannt, wo er an der Etablierung eines Signalzentrums der frühen Embryonalentwicklung und der Links-Rechts-Asymmetrie beteiligt ist. Mit verschiedenen pharmakologischen und genetischen Experimenten konnte unsere Gruppe nun zeigen, dass auch in Hydra ein Nodal-artiges Gen zusammen mit zentralen Ziel-Genen des aktivierten Nodal-Signalwegs an der asymmetrischen Anlage der Knospen von Hydra beteiligt ist“, erklärt Dr. Hiroshi Watanabe aus der Gruppe von Prof. Holstein. Die Knospen lösen sich bei Hydra vom Muttertier, bei den ebenfalls zu den Nesseltieren gehörenden Korallen bleiben sie mit dem Muttertier verbunden und bilden komplex verzweigte Kolonien. Der Nodal-Signalweg wird von Komponenten des „primären“ Signalwegs aktiviert, der für die Anterior-Posterior-Achse verantwortlich ist (Wnt-Signalweg). Der Nodal-Signalweg steuert bei bilateralsymmetrischen Tieren (z.B. Wirbeltieren) die Etablierung der Links-Rechts-Körperachse.

Die Arbeiten der Heidelberger Forscher zeigen zum ersten Mal die Existenz und Beteiligung des Nodal-Signalwegs bei der Achseninduktion in einem „radiär“ symmetrischen Organismus. „Wir gehen davon aus, dass dies ein Startpunkt in der Evolution für die Links-Rechts-Achsenbildung in den bilateral symmetrischen Tieren war. Zu identifizieren, auf welche Weise sich daraus evolutionär der komplexe Bauplan der Bilateria entwickelt hat, eröffnet weitere spannende Forschungsfragen“, erklärt Prof. Holstein. Die Arbeiten zeigen aber schon jetzt, wie ähnlich auf molekularer Ebene die Kernprozesse in der Embryonalentwicklung zwischen den einfachen Nesseltieren und den Wirbeltieren einschließlich des Menschen sind.

Originalpublikation: Hiroshi Watanabe, Heiko A. Schmidt, Anne Kuhn, Stefanie K. Höger, Yigit Kocagöz, Nico Laumann-Lipp, Suat Özbek & Thomas W. Holstein: „Nodal signalling determines biradial asymmetry in Hydra“. Nature online (24 August 2014), doi:10.1038/nature13666 xx

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