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Entwicklungsbiologie: Ein bewährtes System

Ein ausgeklügeltes Signalsystem sorgt für die richtige Verkabelung von Nervenzellen. Es bewährt sich auch bei der Entwicklung von Blut- und Lymphgefäßen.
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Zellen, die am Aufbau von Blutgefäßen und Nerven-Netzwerken beteiligt sind, müssen miteinander in Kontakt treten, um sich zu verknüpfen oder ihren Weg zu finden. Dazu bilden sie während ihres Wachstums unterschiedliche Fortsätze aus, die durch verschiedene Faktoren gesteuert werden. So befindet sich an der Spitze eines Nervenzellaxons ein Wachstumskegel, der die Umgebung nach Signalen ertastet. Von diesem Wachstumskegel gehen wiederum fingerförmige Fortsätze – die Filopodien – aus, die mit Proteinen für chemische Signale besetzt sind.

Als "Empfänger-Proteine" wirken hierbei so genannte Eph-Rezeptoren, während Ephrine die Rolle der "Sender-Proteine" übernehmen. Diese Proteine sitzen über eine Verankerung in der Zellmembran fest auf der Oberfläche oder in der Zellmembran der Zellen, die sich begegnen. Jeweils ein Ephrin-Ligand der "wegsuchenden" Zelle kann mit einem Eph-Rezeptor einer "wegweisenden" Zelle binden und umgekehrt. Zusammen bilden sie einen so genannten Ephrin/Eph-Komplex – eine feste Verbindung, über die das Rezeptorprotein wie eine Antenne ein Signal in das Innere jener Zelle weitergibt, auf der es sitzt. Dadurch werden zelluläre Prozesse ausgelöst, die schließlich dazu führen, dass sich die Zellen oder ihre Fortsätze entweder abstoßen oder anziehen. Abstoßung und Anziehung sind also Voraussetzung dafür, dass die richtigen Zellen zueinander finden.

Bereits in den späten 1990er Jahren hatten Wissenschaftler erste Gemeinsamkeiten zwischen der Lenkung von Nervenfortsätzen und der Blutgefäßentwicklung entdeckt. So wird das für die Ausbildung eines funktionierenden Blutgefäßsystems wichtige Protein EphrinB2 von Arterien, aber nicht von Venen gebildet. Während der Entwicklung des embryonalen Blutgefäßsystems kommt es zu umfangreichen Umgestaltungen – neue Kapillaren sprossen ins Gewebe aus, andere werden wiederum abgebaut. Dabei reguliert EphrinB2 die Neubildung und das Wachstum von Kapillaren, ähnlich wie Nervenfortsätze im Gehirn.

Taija Mäkinen vom Münchner Max-Planck-Institut für Neurobiologie hat nun zusammen mit Kollegen aus Finnland, den USA, Großbritannien und der Schweiz untersucht, ob Lymphgefäße gleichartigen Umgestaltungsprozessen unterworfen sind, wie man sie bereits bei Blutgefäßen kennt. Die Wissenschaftler arbeiteten mit so genannten Knock-in-Mäusen, bei denen das Gen für die korrekte Struktur von EphrinB2 verändert war.

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Lymphgefäße | Ephrine regulieren die Entwicklung der Lymphgefäße in der Haut. Die Abbildung zeigt ein normales Lymphgefäßsystem an Tag 1 (obere Bildreihe) sowie an Tag 3 nach der Geburt (Bildreihe unten). Die Bilder in der linken Spalte (oben Tag 1, unten Tag 3 nach der Geburt) zeigen Lymphgefäße einer sich normal entwickelnden Maus. In der rechten Spalte sind Aufnahmen der Lymphgefäße der EphrinB2-Mutante zu sehen. Im rechten unteren Foto ist das Fehlen von kapillaren Aussprossungen an Tag 3 klar zu erkennen.
Bildeten die Tiere eine fehlerhafte Form von EphrinB2, dann hatten sie tatsächlich ein stark verringertes Lymphkapillarsystem in der Haut. Die großen Lymphgefäße blähten sich auf, die Gefäßklappen arbeiteten nicht mehr richtig, und es kam zu einem Rückstau von Lymphe im Brustkorb. Die Lebensfähigkeit dieser Mäuse war dadurch stark eingeschränkt. Da die Forscher verschiedene Knock-in-Mäuse untersucht hatten, konnten sie auch feststellen, welche Merkmale des Ephrin-Proteins unbedingt vorhanden sein mussten, damit die Signalwege und damit auch die Gefäße korrekt ausgebildet werden.

Wie die Forscher annehmen, lösen sich beim Lymphgefäßwachstum einzelne Endothelzellen, welche die Gefäße auskleiden, aus dem Zellverband und bilden – ähnlich wie die neuronalen Wachstumskegel bei Axonen – lange Filopodien, mit denen sie chemische Signale aus der Umgebung ertasten. Die Filopodien tragenden Zellen wirken demnach als treibende Kraft, neue Lymphkapillaren zu bilden. Ephrine und Eph-Rezeptoren sind vermutlich auch an der Umgestaltung von Lymphgefäßen im Hautgewebe von Mäusen beteiligt und kontrollieren dadurch den Transport der Lymphe zurück in den Blutkreislauf.

Die Entdeckung, dass auch das Lymphgefäßsystem durch Ephrine umfangreichen Umgestaltungen unterworfen wird, ist ein weiteres Beispiel, wie Blut- und Lymphgefäßsysteme Mechanismen kopiert haben, die sich bereits erfolgreich bei der Vernetzung von Nervenzellen entwickelt hatten. Mit anderen Worten: Die Natur setzt bewährte Systeme mehrfach ein und hat nicht für jeden Entwicklungsbereich das Rad neu erfunden.
08.02.2005

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08.02.2005

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