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Zellbiologie: Ganz die Mama

Der Startschuss fürs Leben ist eher ein langgezogenes Rauschen - vieles muss nacheinander beginnen, bevor ein wachsender Embryo aus Spermium und Eizelle entstanden ist. Vaters und Mutters Beiträge zum Gelingen müssen dafür nahtlos ineinandergreifen und sind daher wohl schon im Vorfeld detailliert vorgeschrieben.
Oozyte mit NukleolusLaden...
Im Körper der Frau, kurz nach Sex – gerade ist der Wettlauf der Millionen männlicher Samenzellen um die eine willige Oozyte entschieden worden; die Befruchtung beginnt. Gleich wird sich der Inhalt des winzigen Spermiums in den der riesigen Eizelle drängeln und ein einzigartiges Gen-Gemisch mixen, das später, unzählige Male kopiert, jede Körperzelle des werdenden Lebens organisieren wird. Ob sich dabei die genetischen Anteile von Mann oder Frau durchsetzen, entscheidet oft der Zufall. Was Eizelle und Spermium aber neben den Chromosomen noch zum Leben beisteuern, ist meist weniger gleichberechtigt festgelegt.

Dabei braucht die befruchtete Eizelle zum Start ins Leben neben der richtigen Mixtur Erbgut noch eine Reihe von Proteinen und RNA-Molekülen sowie verschiedene Zellorganellen. Nur mit dieser Basisausstattung kann sie die nötige Infrastruktur aufbauen, mit der die Maschinerie der embryonalen Teilungen in Gang kommt. Vieles des ersten Inventars wird dabei nicht mühsam von der schlanken Gentransfer-Fähre Spermium mitgeschleppt, sondern stammt aus der geräumigen Eizelle. So werden alle Mitochondrien, die Organellen der Energieproduktion, sämtlich von der Mutter geliefert. Anders sieht das allerdings zum Beispiel mit dem obersten räumlichen Organisator der ersten Zellteilung aus, der so genannten Zentriole – sie stammt bei den meisten Säugetieren stets aus dem Spermiumgepäck.

Mitinori Saitou und seine Kollegen von der Universität Kobe sortierten im Inventar frisch befruchteter Eizellen nun weiter nach ausschließlich vom mütterlichen oder väterlichen Erbe beigesteuertem Werkzeug. In ihrem Blickfeld lagen dabei die so genannten Kernkörperchen oder Nukleoli.

Von diesen Zellorganellen wusste man seit langer Zeit viel und zugleich wenig. In einem intensiv arbeitenden Zellkern sind diese Strukturen schon früh im Mikroskop als dichte, angefärbt heller erscheinende, kugelförmige Region erkannt worden, die allerdings nicht durch eine trennende Membran vom Rest des Kerns getrennt ist. Bald war auch ihr rein mütterlicher Charakter deutlich geworden – in Spermien sind sie nicht zu finden, in Eizellen – befruchteten und unbefruchteten – dagegen durchaus angelegt.

Lange Zeit war aber gar nicht klar, was im Nukleolus eigentlich genau passiert – offensichtlich war er nur in den Zellen präsent, die sich nicht gerade teilen, aber größere Mengen an Eiweiß produzieren. Mittlerweile wissen Zellbiologen, dass die Nukleoli Orte intensiver Produktion von ribosomaler RNA sind, einem Hauptbestandteil der Ribosomen, den im Zytoplasma arbeitenden Werkzeugen jeder Proteinsynthese. Die Anleitungen zum Bau der rRNA findet sich auf den Genen verschiedener Chromosomen, die sich alle im Nukleolus zusammenlagern und abgelesen werden, wenn verstärkte Ribosomennachfrage herrscht. Ein Nukleolus in einer Körperzelle ist demnach nur eine flüchtige Funktionseinheit, die situativ zusammentritt und schnell wieder aufgelöst werden kann.

Entfernung des NukleolusLaden...
Entfernung des Nukleolus | Die Wissenschaftler entfernten den Nukleolus aus einer Oozyte mit einem mikrochirurgischem Eingriff. In Mäuse-Oozyten (oben) ist das Kernkörperchen deutlich im Kern zu erkennen – und auch leicht zu entfernen, ohne die Zelle dabei entscheidend zu schädigen. Ohne Nukleolus kann die Zelle sich auch dann nicht mehr zum Embryo entwickeln, wenn das Erbgut einer anderen Zelle durch die sonst gängige Klonierungsmethodik implantiert wird.
Ganz offenbar aber ist ein Nukleolus gerade am Beginn des Lebens doch mehr als die von außen sichtbare Häufung bestimmter ribosomaler Gene und Enzyme zur rRNA-Synthese, ermittelten Saitou und Co nun mit einer Reihe verschiedener Mikro-Transplantationen. Dazu hatten sie unter anderem aus Oozyten von Mäusen und Schweinen die Kernkörperchen mit Hilfe von Pipetten entfernt. Anschließend ersetzten sie wie bei der bewährten Dolly-Klon-Technik des somatischen Kerntransfers das Erbgut der Oozyte mit dem einer Spenderzelle und schauten, ob sich daraus ein lebensfähiger Organismus entwickelt.

Fehlanzeige – dies gelang bei verschiedenen Varianten des Versuches immer nur dann, wenn die Nukleoli der Eizelle intakt erhalten waren. Irgendetwas muss in den Kernkörperchen sein, das Zygote und Klon ermöglicht, das Entwicklungsprogramm ordentlich auf den Weg zu bringen und abzuspulen. Der Nukleolus muss zudem exakt jener Bekannte sein, der schon in der unbefruchteten Eizelle auf seinen Einsatz gewartet hat: Entfernt man und ersetzt ihn anschließend durch ein aus anderen Eizellen isoliertes Kernkörperchen, so bleibt die Zygote dennoch unfähig, sich zu teilen.

Neben zellbiologischem Grundlagenwissen glauben die Forscher mit ihren Versuchen auch ganz pragmatische, in der Stammzellenforschung nutzbare Erkenntnisse geschaffen zu haben – zumindest die oft unterschätzte Bedeutung einiger Beilagen aus den beim Zellkerntransfer benutzten Spenderoozyten stünde nun fest. Was genau in den Nukleoli unverzichtbar ist, können die Forscher allerdings vorerst nur spekulieren. Vielleicht, so schreiben sie, sei ein gewisser Grundstock von Ribosomenteilen und rRNAs in den Oozyten-Kernkörpern bevorratet, ohne die später gar keine funktionsfähigen Orte der Ribosomensynthese aufgebaut werden können. Simpel formuliert: Ohne mütterliche Inhalte kein Leben. Was, egal ob kurz oder ausschweifend gefasst, allerdings auch für Biologie-Laien nichts wirklich Neues ist.

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