Ein Gen, das die Bildung des Nervensystems auslöst, wurde entdeckt

Die Hypothese, dass sich das Nervensystem des Embryos ohne spezifische Signale von selbst bildet, hat sich nicht bestätigt. Japanische Forscher haben ein Gen gefunden, das die Umwandlung von Keimzellen in Nervenzellen auslöst.

Im Verlauf der Embryonalentwicklung wird ein wichtiges Stadium der Bildung dreier Keimblätter unterschieden. Bei den meisten mehrzelligen Organismen weist der Embryokörper irgendwann eine dreischichtige Struktur auf, und jede dieser Schichten – Ektoderm, Mesoderm und Endoderm – ist der Vorläufer einer ganzen Gruppe von Geweben. So erfüllen Derivate des Exoderms im zukünftigen Organismus integumentäre und sensorische Funktionen, d. h. unter anderem bildet die Ektodermschicht des Embryos das gesamte Nervensystem.

Basierend auf den Ergebnissen von Studien zur Bildung von Nervengewebe wurde ein einzigartiges Modell entwickelt, demzufolge Nervengewebe im Embryo passiv gebildet wird. Mit anderen Worten: Wenn andere Entwicklungsalternativen bereits ausgeschöpft sind und kein Bedarf an der Bildung verschiedener Hautgewebe besteht, ist das Nervengewebe an der Reihe. Dies bedeutet, dass es kein spezifisches aktives Signal gibt, um diesen Prozess zu starten: Ektodermzellen enthalten mehrere Inhibitorproteine, die die Entwicklung von Nervengewebe hemmen. Wenn alles andere gebildet ist, lassen diese Inhibitoren bildlich gesprochen die Zügel los, und die Produktion von Nervengewebe beginnt.

Forschern am Zentrum für Entwicklungsbiologie am Institut für Physikalische und Chemische Forschung (RIKEN) ist es gelungen, das Modell der passiven Entwicklung von Nervengewebe zu hinterfragen. Eine Gruppe um Yoshiki Sasai untersuchte die Genaktivität während der Transformation embryonaler Nervengewebe-Vorläuferzellen von Mäusen. Sie fanden heraus, dass das Produkt eines Gens, Zfp521, andere Gene aktiviert, die an der Entstehung von Nervengewebe beteiligt sind – selbst in Gegenwart von Proteinen, die diese Gene normalerweise unterdrücken.

Bei der Untersuchung von Mausembryonen stellte sich heraus, dass die Lokalisation des Proteins Zfp521 im Embryo und der Zeitpunkt seiner Aktivität mit dem Ort zusammenhängen, an dem die Umwandlung des Ektoderms in Nervengewebe beginnt. Wurden Mausembryonen neuronale Vorläuferzellen injiziert, deren Proteingen Zfp521 in einem frühen Entwicklungsstadium ausgeschaltet war, konnten sie sich nicht in das sich entwickelnde Nervensystem des Embryos integrieren. Nachfolgende molekulargenetische Analysen zeigten, dass dieses Gen die Umwandlung des Ektoderms in Neuroektoderm stimuliert, aus dem wiederum die unmittelbaren Vorläufer von Neuronen gewonnen werden. Die Experimente japanischer Forscher werden in einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature ausführlich beschrieben.

Nervengewebe entsteht also nicht passiv und nicht „von selbst“, sondern unter dem Einfluss eines spezifischen aktiven Regulators, der seine Bildung initiiert. Die Entschlüsselung dieses Mechanismus könnte für die Medizin von großer Bedeutung sein, wenn sich zeigen lässt, dass die Bildung von Nervengewebe beim Menschen auf genau dieselbe Weise initiiert wird.