Direkt zum Inhalt

Lexikon der Neurowissenschaft: Musterbildung

Musterbildung w [von ital. mostra = Zeigen], E pattern formation, 1) Vorgänge in der Entwicklungsbiologie, die ein einfacheres System in ein komplexer strukturiertes mit einer definierten räumlichen Anordnung seiner Komponenten übergehen läßt. Die Musterbildung schließt jene "Zunahme wahrnehmbarer Mannigfaltigkeit" (W. Roux) ein, die seit der Antike als Grundproblem der Ontogenese gesehen wird; sie äußert sich durch selektive Genexpression. Die genetischen Mechanismen der Musterbildung während der Embryonalentwicklung der Fruchtfliege Drosophila melanogaster sind besonders gut untersucht ( siehe Zusatzinfo ). Mit Hilfe von bei Drosophila isolierten und klonierten Genen lassen sich aus dem Genom anderer Organismen, bei denen eine genetisch-molekulare Analyse der Entwicklung bisher nicht möglich war, Gene mit ähnlichen Basensequenzen "herausfischen", die z.B. für DNA-bindende Proteine, Signalproteine (z.B. Wachstumsfaktoren) oder Rezeptorproteine codieren. – Musterbildung ausschließlich anhand der genetischen Information, als self-assembly von Molekülen und/oder Zellen, muß als Ausnahmefall gelten. In der Regel wird die notwendige differentielle Genexpression der Zellen kombinatorisch gesteuert, durch epigenetische Information in Form räumlich ungleich verteilter Außenfaktoren oder außerhalb des Zellkerns gelegener Systemkomponenten (Epigenese, epigenetische Faktoren). Die Gene des Individuums sind dann zwar notwendig, aber nicht hinreichend für die Musterbildung. 2) die Fähigkeit räumlich ausgedehnter dynamischer Systeme, strukturierte Zustände einzunehmen. Die Untersuchung musterbildender Systeme ist ein Teilbereich der Physik. Es wird in vielen Modellen angenommen, daß sich die Entwicklung von strukturierten Aktivitätsverteilungen wie auch von Verbindungsstrukturen im Nervensystem als Musterbildung verstehen lassen.

Musterbildung

Die Körperachsen des Fliegenembryos werden bereits während der Oogenese durch vier maternal exprimierte Gengruppen festgelegt. Sie sind jeweils für die Entstehung eines definierten Teils des Embryos wichtig: das anteriore System (bicoid) für Kopf und Thorax, das posteriore System (nanos) für das segmentierte Abdomen, das terminale System (torso) für die nicht-segmentierten Endbereiche des Körpers (Akron und Telson) und das dorsoventrale System für die Dorsoventralachse des Embryos. Die als mRNAs vorliegenden maternalen Determinanten werden translatiert, und die Proteine verteilen sich gradientenförmig im Ei. Nach Befruchtung und Eiablage teilt sich der zygotische Eikern vielfach schnell hintereinander, die Tochterkerne wandern in die Ei-Peripherie, wo dann zwischen ihnen Zellmembranen eingezogen werden. Die Kerne werden so entlang der Längsachse des Eies von Cytoplasma mit unterschiedlichen Konzentrationen maternaler Determinanten umgeben. Diese Determinanten lösen eine Kaskade von aufeinanderfolgenden und sich gegenseitig beeinflussenden Schritten zygotischer Genaktivierung aus, welche zu einer zunehmend feineren Unterteilung der Körperregion des Embryos führt. Entlang der Körperlängsachse des Embryos unterscheidet man dabei die folgenden Klassen zygotischer Musterbildungsgene, die nacheinander aktiviert werden: a) gap-Gene (z.B. hunchback), b) Paarregel-Gene (z.B. fushi tarazu), c) Segmentpolaritäts-Gene (z.B. engrailed) und d) homöotische Gene (Antennapedia-Komplex und Bithorax-Komplex). Anschließend wird das Muster weiter verfeinert.

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Redaktion

Dr. Hartwig Hanser, Waldkirch (Projektleitung)
Christine Scholtyssek (Assistenz)

Fachberater

Prof. Albert Ludolph, Ulm
Prof. Lothar Pickenhain, Leipzig
Prof. Heinrich Reichert, Basel
Prof. Manfred Spitzer, Ulm

Autoren

Aertsen, Prof., Ad, Freiburg
Aguzzi, Prof., Adriano, Zürich
Baier, Dr., Harmut, Ulm
Bartels, Prof., Mathias, Tübingen
Becker, Dr., Andreas, Marburg
Born, Prof., Jan, Lübeck
Brecht, Dr., Stephan, Kiel
Breer, Prof., Heinz, Stuttgart
Carenini, Dr., Stefano, Würzburg
Cruse, Prof., Holk, Bielefeld
Culmsee, Dr., Carsten, Marburg
Denzer, Dr., Alain, Waldenburg
Egert, Dr., Ulrich, Freiburg
Ehrenstein, Dr., Walter, Dortmund
Eurich, Dr., Christian , Bremen
Eysel, Prof., Ulf, Bochum
Fischbach, Prof., Karl-Friedrich, Freiburg
Frey, Dunja, Basel
Fuhr, Dr., Peter, Basel
Greenlee, Prof., Marc, Oldenburg
Hartmann, Beate, Basel
Heck, Dr., Detlef, Freiburg
Heller, Prof., Kurt, München
Henkel , Dr., Rolf , Bremen
Herdegen, Prof., Thomas, Kiel
Herrmann, Dr., Gudrun, Bern
Hilbig, Dr., Heidegard, Leipzig
Hirth, Dr., Frank, Basel
Huber, Dr., Gerhard, Zürich
Hund, Martin, Basel
Illing, Dr., Robert Benjamin, Freiburg
Käch, Dr., Stefanie, Basel
Kästler, Dr., Hans, Ulm
Kaiser, Dr., Reinhard, Freiburg
Kaluza, Jan, Stuttgart
Kapfhammer, Dr., Josef P., Freiburg
Kestler, Dr., Hans, Ulm
Kittmann, Dr., Rolf, Freiburg
Klix, Prof., Friedhart , Berlin
Klonk, Dr., Sabine, Stuttgart
Klumpp, Prof., Susanne, Marburg
Kössl, Dr., Manfred, München
Köster, Dr., Bernd, Freiburg
Kraetschmar, Dr., Gerhard, Ulm
Krieglstein, Prof., Josef, Marburg
Krieglstein, Prof., Kerstin, Homburg
Kuschinsky, Prof., Wolfgang, Heidelberg
Lahrtz, Stephanie, Hamburg
Landgraf, Dr., Uta, Stegen
Laux, Thorsten, Basel
Lindemann, Prof., Bernd, Homburg
Löffler, Dr., Sabine, Leipzig
Ludolph, Prof., Albert, Ulm
Malessa, Dr., Rolf, Weimar
Marksitzer, Dr., Rene, Luzern
Martin, Dr., Peter, Kehl-Kork
Martini, Prof., Rudolf, Würzburg
Medicus, Dr., Gerhard, Thaur
Mehraein, Dr., Susan, Freiburg
Meier, Dr., Kirstin, Freiburg
Mendelowitsch, Dr., Aminadav, Basel
Mergner, Prof., Thomas, Freiburg
Metzinger, Dr., Thomas, Frankfurt am Main
Mielke, Dr., Kirsten, Kiel
Misgeld, Prof., Ulrich, Heidelberg
Moll, Joachim, Basel
Münte, Prof., Thomas, Magdeburg
Neumann, Dr., Harald, Planegg-Martinsried
Nitsch, Prof., Cordula, Basel
Oehler, Prof., Jochen, Dresden
Otten, Prof., Uwe, Basel
Palm, Prof., Günther, Ulm
Pawelzik, Prof., Klaus, Bremen
Pickenhain, Prof., Lothar, Leipzig
Ravati, Alexander, Marburg
Reichel, Dr., Dirk, Lübeck
Reichert, Prof., Heinrich, Basel
Reinhard, Dr., Eva, Bern
Rieckmann, Dr., Peter, Würzburg
Riemann, Prof., Dieter, Freiburg
Ritter, Prof., Helge, Bielefeld
Roth, Prof., Gerhard , Bremen
Roth, Lukas W.A., Bern
Rotter, Dr., Stefan, Freiburg
Rubin, Dr., Beatrix, Basel
Ruth, Dr., Peter, Giessen
Schaller, Dr., Bernhard, Basel
Schedlowski, Prof., Manfred, Essen
Schneider, Dr., Werner X., München
Scholtyssek, Christine, Umkirch
Schwegler, Prof., Helmut , Bremen
Schwenker, Dr., Friedhelm, Ulm
Singer, Prof., Wolf, Frankfurt am Main
Spiegel, Dr., Roland, Zürich
Spitzer, Prof., Manfred, Ulm
Steck, Prof., Andreas, Basel
Steinlechner, Prof., Stephan, Hannover
Stephan, Dr., Achim, Rüsselsheim
Stoeckli, Dr., Esther, Basel
Stürzel, Frank, Freiburg
Swandulla, Prof., Dieter, Erlangen
Tolnay, Dr., Markus, Basel
Unsicker, Prof., Klaus, Heidelberg
Vaas, Rüdiger, Bietigheim-Bissingen
van Velthoven-Wurster, Dr., Vera, Freiburg
Walter, Dr., Henrik, Ulm
Wicht, Dr., Helmut, Frankfurt
Wolf, Prof., Gerald, Magdeburg
Wullimann, Prof., Mario, Bremen
Zeilhofer, Dr., Hans-Ulrich, Erlangen
Zimmermann, Prof., Manfred, Heidelberg

Partnerinhalte

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.