Geheimnis der Regeneration teilweise gelüftet

<ic:message key='Bild vergrößern' />

Der Zebrafisch, korrekterweise als Zebrabärbling tituliert, stammt aus dem Ganges und legt bis zu 300 Eier in der Woche. Quelle: Juan Carlos Lopez

29.01.2009  - 

Eidechsen können es, der Regenwurm kann es, und der Zebrafisch kann es auch: verlorene Körperteile und Organe neu bilden. Wie der ursprünglich im Ganges beheimatete Zierfisch das genau macht, daran sind Molekularbiologen sehr interessiert.  Forscher am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) und am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben das Rätsel jetzt ein wenig mehr gelöst. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Developmental Biology (Vol. 325, Nr. 2, S. 329-340, 15. Januar 2009) beschreiben die Wissenschaftler, zu denen auch Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard gehört, erstmals die Funktion des Zebrafisch-Gens smp.

Der Zebrabärbling oder Zebrafisch, wie er meist genannt wird, lebt eigentlich in den Flüssen und Reisfeldern von Pakistan und Bangladesh. Nicht nur in die Heimaquarien dieser Welt hat er von dort aus einen Siegeszug angetreten, sondern auch die Wissenschaft hat er im Sturm erobert. Neben der Ackerschmalwand, der Fruchtfliege und dem Fadenwurm zählt das fünf Zentimeter große Tier zu den beliebtesten Modellorganismen der Forschergemeinde.

Denn der kleine Verwandte des Karpfen hat alle Eigenschaften, die einen Modellorganismus auszeichnen, in sich vereinigt. Er entwickelt sich in wenig mehr als 24 Stunden vom befruchteten Ei zur Larve. Die Durchsichtigkeit des Zebrafisches erlaubt es, dass man Vorgänge wie Organbildung und Gewebewachstum mitverfolgen kann. Es wurden bereits mehr als 100 gentechnisch veränderte Stämme gezüchtet, die verschiedene Krankheiten tragen, die denen bei Menschen ähnlich sind. Denn als höheres Wirbeltier verfügt der Zebrafisch über ein Genreservoir, das dem des Menschen in großen Teilen ähnelt.

Der Zebrafisch ist aber auch ein Überlebenskünstler. Verliert er durch ein Unglück einen Teil der Schwanzflosse, kann er sie wieder vollständig nachwachsen lassen, als wäre nichts gewesen. Das klappt sogar beim Herzen, das bis zu einem Fünftel seiner Muskelmasse klaglos wieder regeneriert. Das bei diesem Vorgang beteiligte Gen fam53b/simplet – kurz smp -  ist bei den Forschern kein Unbekannter. Schon in vorangegangenen Studien wurde klar, dass smp offenbar eine große Rolle bei der Zellvermehrung spielt.

In der nun vorliegenden Studie haben die Dresdner und Tübinger Forscher erkannt, dass smp während der frühen Regeneration der Schwanzflosse und des Herzens aktiv wird und dabei nicht nur die Aktivierung von Genen steuert, sondern auch kontrolliert, dass das neue Gewebe auch richtig zusammengesetzt wird.

Kein smp, keine Regeneration

"Im Zebrafisch wird smp bei der Neubildung der Flossen und des Herzens ‚angeschaltet’“, sagt Christopher Antos vom CTRD. „Durch die Unterdrückung dieses Gens wird der Regenerationsprozess verhindert.“ Das heißt: Für die Nachbildung komplexer Organe ist überraschenderweise ein einziges Gen verantwortlich.

Die deutschen Forscher haben weiterhin zeigen können, dass smp im Einzelnen zwei Gene (msxb und shh) kontrolliert, die während der Regeneration entscheidend sind. "Herausgefunden haben wir diesen Zusammenhang, indem wir smp in einem Versuch 'ausgeschaltet' haben. Danach wurden die Gene shh und msx vermehrt gebildet", so Antos.

Dieser Film ist eine kondensierte Fassung von Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven der ersten 24 Stunden im Leben eines Zebrafisch-Embryos.Quelle: youtube.de

Verknöcherte Flosse bei zu wenig smp 

Da nicht nur die reine Menge von neuen Zellen bei der Wiederherstellung von Gewebe wichtig ist, untersuchten die Wissenschaftler auch die Aufgabe des Gens smp bei der Strukturbildung von neuen Körperteilen. Manche Fische mit verminderter Menge an smp bilden mehr Knochen während der Regeneration der Schwanzflosse, allerdings am falschen Ort. "Demnach ist smp sehr wichtig, um Körperteile nach Verlust wieder fehlerfrei nachwachsen zu lassen", sagt Antos.

In zukünftigen Studien werden sich die Forscher weiter mit dem Gen smp und dessen Funktion im Regenerationsprozess beschäftigen. So ist zurzeit völlig unbekannt, wie das Molekül Zellvermehrung und Gewebe-Architektur kontrolliert. Interessant wäre natürlich auch, wie sich das Gen aktivieren lässt.

Solche Ergebnisse könnten dann auch für den Menschen interessant sein. In der Tat haben alle Wirbeltiere – also auch der Mensch – ein Gen, das dem Zebrafisch-Gen smp sehr ähnlich ist. "Das Potential dieses Genes bei der Neubildung von menschlichen Geweben ist bis jetzt nicht erforscht", sagt Antos. Bis daraus eventuell therapeutische Ansätze für die Neubildung von menschlichem Gewebe entstehen, wird aber noch viel Forschung notwendig sein.