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Science, bitch!

Alles muss seine Ordnung haben–planare Zellpolarität

Vorwort (vom 31.10.2020) Dieser Artikel entstand als „Quasi-Reinschrift“ einer Vorlesung aus dem Biologie-Masterstudium in Erlangen, in das ich mich damals gerne mit hinein gesetzt hatte, obwohl ich noch meine Bachelor-Arbeit geschrieben habe. Ich finde den Text immer noch gut, möchte mir aber nicht die Arbeit machen, zu überprüfen, ob das noch der neuste Stand der Wissenschaft ist. Ist nicht mehr mein Fachgebiet :). Da ich da sozusagen „illegal“ drin saß, habe ich leider auch die zugehörigen Vorlesungsfolien nicht mehr. Daher kann ich leider selbst auf Nachfrage nicht länger mehr als die bereits genannten, spärlichen Quellen angeben. Tut mir leid. Trotzdem viel Spaß beim Lesen und erhellende Einblicke in die Entwicklungsbiologie!
Euer Tinschen

Es gibt einige recht verbreite Gene, die in unseren Körpern dafür zuständig sind, dass Zellen ordentlich und mit all ihren womöglichen Anhängseln tiptop in Reih und Glied stehen.

Potential dual molecular interaction of the Drosophila 7-pass transmembrane cadherin Flamingo in dendritic morphogenesis

Manchmal hat das nicht unbedingt einen höheren Sinn, dass genau so ein Gen an einem bestimmten Körperteil solche Auswirkungen haben. Zum Beispiel haben normale Fruchtfliegen oder Mäuse normalerweise eine recht geradlinige Behaarung (wobei das für die Fliege etwas wichtiger ist, da die Behaarung auf ihren Flügeln noch eine wichtige Tastfunktion erfüllt). Eine Variante des zuständigen Gens, das den schönen Namen “Flamingo” trägt, bewirkt aber, dass die Haare statt schön in eine Richtung zu zeigen, plötzlich wirr in alle Richtungen stehen – da hilft kein Glätteisen und kein Haargel mehr.

So trivial das Haarproblem jetzt noch scheinen mag, in anderen Geweben des Körpers kann solch eine Mutation aber auch ernsthafte Probleme hervorrufen:

Im Innenohr der Säugetiere zum Beispiel sind ordentlich in die selbe Richtung zeigende Haare essentiell für die Fähigkeit zu hören. Die Haarbündel innerhalb eines Corti-Organs müssen alle in dieselbe Richtung orientiert sein, denn sonst kann kein eindeutiges Signal an das Gehirn weitergeleitet werden. Das betroffene Individuum ist dann schlichtweg taub.

Ein Entwicklungsvorgang, wo solch eine Mutation ebenfalls fatal ist, ist die Bildung des Neuralrohrs.

(Quelle: Wikipedia)

Wie man in dieser Abbildung aus Wikipedia gut sehen kann, muss die vor diesem Entwicklungsschritt noch flache Neuralplatte im Verlauf dieses “Neurulation” genannten Vorganges richtig geknickt werden. Ist die Zellpolarität gestört, kann bei diesem Vorgang alles mögliche herauskommen, aber sicher kein Rohr.

Ein letztes Beispiel dafür, wie wichtig es ist, dass die an der Zellpolarität beteiligten Gene nicht in einem mutierten Zustand vorliegen führt uns zu einer der häufigsten menschlichen Erbkrankheiten überhaupt: Die sogenannte Zystenniere.

Normale Nierenkanälchen sind ganz ganz lang und auch ganz ganz dünn. Bei dieser Krankheit wachsen die Kanälchen aber nicht in die Länge sondern in die Breite. Denn in den Kanälchen gibt es kleine Cilien, die die Richtung des Flüssigkeitsstroms messen. Normalerweise stehen sie so, dass sie die Flussrichtung längs des Kanals messen können. Das Signal, das dabei generiert wird, bewirkt, dass sich die Zellen auch in Längsrichtung teilen. Wenn diese Cilien aber falsch “angebracht” sind, generieren sie aufgrund der ungewöhnlichen Auslenkung ein Signal, dass sich die Zellen quer zum Kanälchen teilen sollen. Der Kanal verbreitert sich dann an dieser Stelle immer mehr und bildet riesige Zysten (=>Blasen) aus, die am Ende dazu führen, dass die gesamte Niere ausfällt.

Wie kommt nun also diese planare Zellpolarität zustande?

Die verschiedenen beteiligten Gene/Genprodukte (die allesamt tolle Namen tragen: Flamingo, Frizzled, Strabismus/vanGogh, Dishevelled, Prickle und Diego) sind in einer frisch geteilten Zelle noch gleichmäßig überall verteilt. Mit fortschreitender Reifung allerdings ordnen sie sich spezifisch an einer Zellseite an. Dies ist dadurch möglich, da ältere, bereits ausgereifte Zellen im Gewebe dieselben Proteine an der selben Zellseite sitzen haben. Diese können miteinander interagieren und stärken am Ende gegenseitig die globale Ordnung im Zellverband. Fehlt ein “Mitspieler”, kann die Zelle nicht genau dieselbe Ausrichtung wie ihr Nachbar annehmen und tanzt aus der Reihe. Neben den Protein-Interaktionen spielen in diesem Prozess außerdem manchmal auch Gradienten mit, also im Gewebe verschieden verteilte Mengen von Signalstoffen oder –proteinen.

Es gibt es noch viel mehr Teilaspekte und Mitspieler, die in uns für Ordnung sorgen, aber bis wir sie alle gefunden haben, müssen noch viele Forschungsgelder und viel Gehirnschmalz fließen Smiley

Papers darüber gibt es von:

Devenport, Fuchs 2008; Simons, Mlodzik 2008; Simons, Walz 2006; Strutt, D. Development 2003; Barrow 2006; Rogulja et al. 2008; Fanto & McNeill 2004; Brittle & Strutt 2010; Goodrich & Strutt 2011;

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