Damit Zellen wissen, wo sie hingehören und was sie werden sollen, werden früh in der Embryonalentwicklung Körperachsen angelegt. Die Hauptkörperachse wird bei vielen Organismen durch einen bestimmten Signalweg reguliert. Wiener Forscher entzifferten nun die ursprüngliche Logik dieser Regulation. Sie steuerte schon im letzten gemeinsamen Vorfahren von Nesseltieren und Menschen vor 650 Mio. Jahren die Hauptkörperachse, berichten sie im Fachjournal "Nature Communications".

Die Teilung der Hauptkörperachse bei Seeanemonen. 
- © Universität Wien/Cymothoa exigua

Die Teilung der Hauptkörperachse bei Seeanemonen.

- © Universität Wien/Cymothoa exigua

Körperachsen sind wie molekulare Koordinatensysteme. Entlang dieser Achsen werden Gene aktiviert, um die Entwicklung der anatomischen Strukturen in den richtigen Positionen zu steuern. So wird sichergestellt, dass nicht etwa Ohren am Po wachsen.

Sowohl bei Säugetieren als auch bei Seeigeln, Weichtieren, Insekten und Korallen wird die Entwicklung entlang der Hauptkörperachse durch den sogenannten "Wnt/Beta-Catenin Signalweg" reguliert, während entlang der sekundären Körperachse ein anderer Signalweg (BMP) die Richtung vorgibt. Tatiana Lebedeva und ihre Kolleginnen und Kollegen aus dem Team von Grigory Genikhovich vom Department für Neurowissenschaften und Entwicklungsbiologie der Universität Wien haben in der Arbeit untersucht, ob der Modus der Hauptachsenbildung bei Seeanemonen der Achsenbildung bei den sogenannten "Bilateria" - das sind Tiere mit einer Kopf-Schwanz- und einer Rücken-Bauch Achse - ähnelt.

Zelle erhält molekulare Adresse

Der Mensch zählt so wie alle Säugetiere zu den "Bilateria". Auch Seeigel, Weichtiere und Insekten sind solche "Zweiseitentiere", die sich auch durch die embryonale Anlage von drei Keimblättern auszeichnen. Eine evolutionäre Schwestergruppe zu den "Bilateria" sind Nesseltiere, wie etwa Seeanemonen. Diese (die Art "Nematostella vectensis") standen im Mittelpunkt der aktuellen Studie. Diese Seeanemonenart kommt im Nordatlantik vor und wird in der Wissenschaft als Modellorganismus verwendet, um die Entstehung der Komplexität tierischer Baupläne zu untersuchen.

Die Forscher stellten bei der von Beta-Catenin abhängigen Musterbildung entlang der Körperachse große Ähnlichkeiten zwischen Seeanemonen und einigen Bilateria wie etwa Seeigeln oder Wirbeltieren fest. "Wir schließen daraus, dass Tiere, inklusive die gemeinsamen Vorfahren von Nesseltieren und Bilateria, bereits vor 650 Millionen Jahren diese Achsenbildungsmethode verwendet haben könnten", so Genikhovich.

In der frühen Embryonalentwicklung nimmt jede Zelle je nach ihrer Lage unterschiedlich intensive Beta-Catenin- und BMP-Signale wahr. Jede Zelle bekommt damit quasi eine molekulare Adresse und damit ihre räumliche Position im Embryo. Diese Adresse bestimmt in jeder Zelle, welche Gene aktiviert bzw. deaktiviert und welche anatomischen Strukturen während der Entwicklung gebildet werden müssen.

Musterbildung auch beim Menschen

Konkret stellten die Forscher fest, dass der Beta-Catenin Signalweg bei Seeanemonen eine Reihe von Schalter-Genen am oralen Ende des Embryos aktiviert. Da es innerhalb dieser Schalter-Gene eine Hierarchie gibt, und einige davon andere hemmen können, wird ihre Aktivität mit der Zeit auf verschiedene Regionen des Embryos aufgeteilt. "Dadurch kommt es zu einer Musterbildung entlang der Hauptkörperachse und es formen sich zunehmend die oralen und aboralen (vom Mund abgewandten, Anm.) Strukturen des Embryos aus", sagte Genikhovich zur APA. Eine solche Musterbildung gibt es auch in Embryos von Wirbeltieren wie dem Menschen. (apa)