Neue Erkenntnisse zur Bildung der Körperachse

Die Abbildung zeigt eine doppelköpfige Hydra in der die HAS-7-Aktivität experimentell blockiert wurde. © Berenice Ziegler (COS)

Die Abbildung zeigt eine doppelköpfige Hydra in der die HAS-7-Aktivität experimentell blockiert wurde. © Berenice Ziegler (COS)

 

Die Entwicklung der Körperachse wird im Tierreich durch bestimmte Wachstumsfaktoren gesteuert. Diese Signalmoleküle produziert eine kleine Gruppe von Zellen an einem Ende des Embryos, um sich dann stufenartig in Richtung des gegenüberliegenden Pols zu verteilen. Dabei entstehen punktuell unterschiedliche Wirkmuster, die für die korrekte Ausbildung der Kopf-Fuß-Achse entscheidend sind. Ein Team am Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg hat nun beim Süßwasserpolypen Hydra ein Enzym entdeckt, das durch die Hemmung der Aktivität bestimmter Wachstumsfaktoren einen entscheidenden Beitrag in diesem Prozess leistet.

Bei der Musterbildung der primären Körperachse spielen insbesondere die Proteine des sogenannten Wnt-Signalwegs eine wichtige Rolle, die als universelle Entwicklungsfaktoren gelten. Nun haben die Forschenden beim Süßwasserpolypen Hydra ein Enzym entdeckt, das Wnt-Proteine abbauen und somit inaktivieren kann. Hydra ist ein niederer Vielzeller, der zu den Nesseltieren gehört, und gilt seit langem als Modellorganismus für die Untersuchung des sogenannten Spemann-Mangold-Organisators. Dieses embryonale Signalzentrum sorgt für die Ausbildung der Körper-Längsachse. Die für diesen Prozess zuständigen Wnt-Proteine werden bei der Hydra auch im erwachsenen Tier kontinuierlich in der Mundregion produziert, um die Körperachse zu erhalten.
    
Die Forschenden fanden heraus, dass das neu entdeckte Enzym HAS-7 in einer ringförmigen Zone gebildet wird, die sich unterhalb des Tentakelkranzes der Hydra befindet. Wird die Produktion des Enzyms experimentell unterdrückt, kommt es spontan zur Ausbildung eines voll ausgebildeten zweiten Kopfes und einer zweiten Körperachse. Ein ähnliches Ergebnis tritt nach Angaben von Prof. Özbek auf, wenn Wnt-Proteine künstlich im gesamten Körper des Tieres produziert werden.

In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Walter Stöcker an der Universität Mainz konnten die Heidelberger Forschenden zeigen, dass das Enzym HAS-7 das Wnt-Protein gezielt spalten kann, um so seine Aktivität jenseits des Kopfbereiches einzudämmen. Fällt dieser Hemmmechanismus weg, überschwemmt das vom Kopf einströmende Wnt den Körper und erzeugt ein doppelköpfiges Tier. HAS-7 gehört zu einer Gruppe von Proteasen, den Astazinen, die auch auch bei höheren Wirbeltieren zu finden sind. Daher ist es laut Prof. Holstein vom Centre for Organismal Studies wahrscheinlich, dass hier ein Mechanismus gefunden wurde, der auch beim Menschen eine Rolle spielen könnte.