Wiener Biologe identifiziert Signalweg, der Seeanemonen-Zellen bei der Neuordnung steuert

Hintergrund: Seeanemonen als Modellorganismus

Technau ist am Department für Neurowissenschaften und Entwicklungsbiologie der Universität Wien tätig. Die Erkenntnisse gewinnen an Bedeutung, weil sie Rückschlüsse auf evolutionär sehr alte Steuerungsmechanismen zulassen, die auch bei der menschlichen Embryonalentwicklung eine Rolle spielen.

Seeanemonen besitzen eine vergleichsweise einfache Körperstruktur, eignen sich aber aufgrund ihrer Position im Stammbaum der Tiere als Modellorganismus. Wird das Gewebe einer Anemone mechanisch in einzelne Zellen zerlegt und anschließend wieder zusammengeführt, formen die Zellen Strukturen neu, die dem ursprünglichen Bauplan entsprechen. Welcher Mechanismus diese Selbstorganisation antreibt, war bislang nur teilweise verstanden.

Das Team konnte zeigen, dass der Notch-Signalweg in „Nematostella vectensis“ aktiv wird, sobald Zellen aufeinandertreffen. „Der Notch-Signalweg sorgt dafür, dass sich die Zellen von ‚Nematostella vectensis'-Seeanemonen korrekt sortieren und unterschiedliche Gewebetypen voneinander abgrenzen“, erläuterte Technau in einer Aussendung der Universität Wien.

Funktion des Notch-Signalwegs

Wird der Signalweg experimentell blockiert, bricht diese Ordnung zusammen. „Dann funktioniert diese Selbstorganisation nicht mehr“, so Technau. Fehlt das Signal, vermischen sich Zelltypen, die normalerweise klar getrennte Schichten bilden. Das Experiment liefert damit einen direkten Beleg für die Funktion des Signalwegs bei der Musterbildung.

Über die grundsätzliche Bedeutung hinaus weisen die Autorinnen und Autoren auf Parallelen zur Wirbeltierentwicklung hin. Der Notch-Signalweg ist aus der Embryonalbiologie von Säugetieren seit langem bekannt; die neue Arbeit zeigt, dass derselbe Mechanismus bereits bei Nesseltieren, einem entwicklungsgeschichtlich sehr alten Tierstamm, eine vergleichbare Aufgabe übernimmt.

Methodisch kombinierten die Forschenden mikroskopische Lebendbeobachtung mit gezielten genetischen Eingriffen. Durch das Abschalten einzelner Notch-Komponenten konnten sie nachweisen, dass die korrekte räumliche Sortierung der Zellen an ein aktives Notch-Signal gekoppelt ist.

Bedeutung für die Entwicklungsbiologie

Die Universität Wien sieht in dem Befund einen weiteren Beleg dafür, dass einfache Modellorganismen grundlegende entwicklungsbiologische Prinzipien sichtbar machen können. Die Ergebnisse sollen als Ausgangspunkt für weitere Arbeiten zur Evolution von Gewebeorganisation und Musterbildung dienen.

Für die Einordnung der Studie ist wesentlich, dass „Nature Communications" als begutachtetes Fachjournal gilt und die Resultate einem peer-reviewten Kontext standhalten mussten. Damit reiht sich die Arbeit in eine Reihe von Veröffentlichungen ein, die Modellorganismen aus dem Meer gezielt für Fragen der Entwicklungsbiologie nutzen.

Insgesamt eröffnen die Daten aus Wien ein neues Detailverständnis darüber, wie aus scheinbar gleichförmigen Zellen strukturierte Gewebe entstehen – und welche Rolle ein einzelner Signalweg dabei seit Hunderten Millionen Jahren spielt.

Die Studie erscheint zu einem Zeitpunkt, an dem internationale Forschungsnetzwerke verstärkt nach konservierten, also evolutionär erhaltenen Steuerungsmechanismen suchen, um Krankheitsbilder besser zu verstehen, bei denen Gewebeabgrenzung gestört ist. Die Wiener Befunde liefern hierfür einen weiteren Baustein.