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Genetischer Meister der Regeneration

Plattwurm
Wird der Körper von Hofstenia miamia durchtrennt, regeneriert er sich einfach. (Bild: Harvard University/ Srivastava/ Gehrke)

Geschädigtes Gewebe einfach nachwachsen lassen: Was für Menschen allenfalls ein schöner Traum ist, ist für andere Arten im Tierreich realer Alltag. Doch welches Geheimnis steckt hinter der einzigartigen Regenerationsfähigkeit mancher Lebewesen? Bei einem Plattwurm haben Forscher nun ein Gen identifiziert, das bei der Gewebe-Reparatur eine Schlüsselfunktion einnimmt – ohne diesen DNA-Abschnitt funktioniert die Regeneration nicht. Das Interessante dabei: Der Mensch verfügt über ein ganz ähnliches Gen.

Der Mensch kann verlorenes Gewebe nur bedingt nachwachsen lassen, zum Beispiel bei Haut und Leber. Andere Tiere sind dagegen wahre Regenerationskünstler: Eidechsen werfen ihren Schwanz in Gefahrensituationen ab, nur um ihn später wieder nachzubilden. Salamander wie der Axolotl können sogar durchtrenntes Rückenmark oder Netzhautgewebe regenerieren. Und manche Quallen und Plattwürmer haben selbst dann kein Problem, wenn ihr Körper einmal in der Mitte durchtrennt wird. Wie machen diese Lebewesen das? Antworten auf diese Fragen suchen Forscher schon seit langem. Denn wenn sie das Geheimnis hinter der Gewebe-Reparatur entschlüsseln, könnten sie dieses Wissen eines Tages vielleicht auch für medizinische Anwendungen beim Menschen nutzen – so zumindest die Hoffnung.

Davon allerdings ist die Wissenschaft momentan noch weit entfernt. Zwar haben Studien bereits einige molekulare Signale und Gene offenbart, die möglicherweise eine Rolle für die Regenerationsfähigkeit spielen. Die genauen Mechanismen dahinter sind aber unbekannt. Um den Prozess des Gewebe-Neubaus besser zu verstehen, haben sich Andrew Gehrke von der Harvard University in Cambridge und seine Kollegen nun einem Plattwurm mit Superkräften gewidmet: Hofstenia miamia. Diese entlang der karibischen Küste und in anderen warmen Gewässern verbreitete Art kann jedes beliebige Körperteil binnen weniger Tage nachwachsen lassen.

Ein entscheidendes Kontrollgen

Für seine Studie entschlüsselte das Forscherteam zunächst das Genom von Hofstenia miamia. „Bisher war keine vollständige Genomsequenz dieser Spezies verfügbar – es ist zudem das erste komplett entschlüsselte Erbgut dieses taxonomischen Stammes“, sagt Gehrkes Kollegin Mansi Srivastana. Die Analyse dieser Daten lieferte den Wissenschaftlern neue Hinweise auf die Grundlagen der Regenerationsfähigkeit. Konkret untersuchten sie, welche Gene nach der Amputation bei dem Wurm besonders stark exprimiert wurden. Dabei erwies sich eine Stelle im Erbgut als besonders auffällig: das Gen für den Transkriptionsfaktor EGR. Dieser DNA-Abschnitt war derjenige, der in der frühen Phase nach der Verwundung am stärksten hochreguliert wurde.

Wie die Forscher herausfanden, wird die Aktivität von EGR interessanterweise durch nicht-kodierende DNA-Abschnitte kontrolliert – Teile des Erbguts, die keine Information für die Synthese von Proteinen enthalten. EGR wiederum scheint als eine Art „Meister-Kontroll-Gen“ die Aktivität einer ganzen Reihe weiterer Gene zu steuern, die es an- oder ausschalten kann. Demnach kontrolliert EGR ein Regulationsnetzwerk aus mindestens 61 Genen. Damit steuert es Prozesse, die für die Gewebe-Erneuerung offenbar von entscheidender Bedeutung sind. So zeigte sich: Ohne EGR klappt nichts. „Ist dieses Gen inaktiv, kann das Tier sich schlicht nicht regenerieren“, berichtet Srivastana.

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Was ist der Unterschied zum Menschen?

Weitere Untersuchungen mit dem Modellorganismus Schmidtea mediterranea offenbarten, dass auch bei diesem Plattwurm das EGR-Gen wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Regeneration spielt. Dies könnte den Forschern zufolge bedeuten, dass sich die besondere Funktion dieses DNA-Abschnitts bereits bei einem gemeinsamen Vorfahren dieser beiden Arten entwickelt hat, der vor rund 550 Millionen Jahren lebte. In künftigen Studien wollen die Wissenschaftler die Funktionsweise des EGR-Gens genauer unter die Lupe nehmen. Dies könnte auch neues Licht auf die Frage werfen, warum die Regeneration beim Menschen nicht so gut gelingt.

„Mit dem EGR der Würmer verwandte Gene spielen auch für die menschliche Biologie eine wichtige Rolle – unter anderem bei der Regulation von Wachstumsfaktoren und Tumorsuppressoren“, kommentieren die nicht an der Forschungsarbeit beteiligten Wissenschaftler Michael Alonge und Michael Schatz von der Johns Hopkins University in Baltimore. „Die Frage ist: Wenn wir Menschen über EGR verfügen, warum können wir dann nicht regenerieren?“, sagt Srivastana. Die Antwort, glauben sie und ihre Kollegen, könnte in der „Verkabelung“ dieses Meister-Schalters liegen: „Wir vermuten, dass die Vernetzung anders ist. EGR sagt menschlichen Zellen etwas anderes als den Zellen von Hofstenia miamia“, schließt Srivastana.

Quelle: Andrew Gehrke (Harvard University, Cambridge) et al., Science, doi: 10.1126/science.aau6173

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