: MOLEKULARE PATHOLOGIE

Von nachwachsenden Salamanderbeinen zu eigens gezüchteten Sehzellen

Elly Tanaka wechselte vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Medizin in Dresden ans IMP nach Wien, um hier herauszufinden, wie fehlende Körperteile aus bestehenden Resten neu gebildet werden können

Sandra Tietscher | aus HEUREKA 4/17 vom 21.06.2017

Der Axolotl-Salamander bringt das zustande, wovon Regenerationsmediziner bisher nur träumen können: Nach Verletzungen kann er ganze Gliedmaßen und Organe nachwachsen lassen. Diese sind in der Regel vollständig ausgebildet und funktionstüchtig.

Worauf basiert aber diese Fähigkeit der Regeneration, und warum ist sie bei anderen Wirbeltieren nicht vorhanden? Mit dieser Frage beschäftigt sich die Professorin Elly M. Tanaka, die mit ihrer Forschungsgruppe vor Kurzem vom deutschen DFG-Forschungszentrum für regenerative Medizin in Dresden nach Wien ans Institut für molekulare Pathologie (IMP) gewechselt ist.

"Ich habe mich seit Beginn meiner Forschungstätigkeit dafür interessiert, wie ein fehlender Körperteil aus dem noch bestehenden neu gebildet werden kann. In unserem Labor arbeiten wir nicht nur mit dem Axolotl, sondern auch mit Fröschen und Mäusen, um durch den Vergleich ihrer jeweiligen Zellen den genetischen Besonderheiten des Salamanders auf die Spur zu kommen", erklärt Tanaka. "Die zwei grundlegenden Fragen dabei sind: Welche Art von Zellen treibt die Regeneration an? Und welche sind die speziellen Faktoren, die bei einer Verletzung im Salamander aktiviert werden?"

Bereits vor mehreren Jahren entdeckte man durch eine Studie unter Tanakas Leitung, dass Zellen am Ort der Verletzung sich nicht, wie bis dahin angenommen, zu sogenannten pluripotenten oder "Alleskönner"-Zellen zurückentwickeln müssen, wie sie auch im Embryo vorkommen. Stattdessen entwickeln sich fertige Zellen nur um eine Stufe zurück zu Zellen, die sich zwar noch teilen, aber nur ein bestimmtes Gewebe produzieren können. So beginnen zum Beispiel während der Regeneration von Gliedmaßen Muskelzellen, die eigentlich schon im Ruhestadium waren, sich noch einmal zu teilen.

Das führt direkt zur zweiten Frage: Woran erkennen diese Muskelzellen, dass sie plötzlich wieder aktiv werden müssen? Darauf hat Tanaka in einer erst kürzlich veröffentlichten Studie eine Antwort gefunden: Sie und ihr Team haben einen Faktor identifiziert, der im Blut zirkuliert und notwendig ist, um die Muskelzellen aus ihrem Dornröschenschlaf zu wecken. Tanaka kann auch erklären, warum der Faktor genau an der Amputationsstelle seine Wirkung ausübt.

"Ein Enzym, das gehäuft an offenen Wunden vorkommt und dort normalerweise am natürlichen Prozess der Blutgerinnung beteiligt ist, schneidet den Faktor und macht ihn dadurch dreißigfach aktiver. Das führt zu einer lokalen Antwort der Muskelzellen genau an der Verletzungsstelle." Evolutionär verwandte Faktoren finden sich in allen Wirbeltieren, unter anderem auch im Menschen, bei dem sie allerdings bisher nur mit Zellbewegung in Verbindung gebracht wurden.

Die ursprüngliche Motivation von Tanaka ist die Grundlagenforschung, in diesem Fall das Verstehen des Prozesses und seiner Hintergründe. Doch mit dem Fortschreiten ihrer Forschungsarbeit beginnt sie auch, an potenzielle Anwendungsfelder zu denken. Diese sind wohl vor allem in der Medizin zu finden.

"Ausgehend von der Regenerationsfähigkeit der Wirbelsäule des Salamanders versuchen wir in einem unserer aktuellen Projekte, auch aus pluripotenten Zellen von Säugetieren Teile einer funktionalen Wirbelsäule zu züchten. Dabei sind wir auf eine Methode gestoßen, wie wir aus diesen Zellen sogar retinales Gewebe neu herstellen können", erklärt die Forscherin am IMP.

Retinales Gewebe kommt normalerweise im Inneren des Auges vor und hilft bei der Umwandlung der optischen Reize in neuronale Impulse. Zurzeit sucht das Forschungsteam nach Molekülen, welche die Funktion seiner gezüchteten Retinalzellen verbessern und dadurch bei der Bekämpfung degenerativer Krankheiten des Auges helfen könnten.

Zitierte Studien:

"Cells keep a memory of their tissue origin during axolotl limb regeneration." Martin Kragl, Dunja Knapp, Eugen Nacu, Shahryar Khattak, Malcolm Maden, Hans Henning Epperlein, Elly M. Tanaka. Nature, Vol. 460 No. 7251, July 1,2009.

"MARCKS-Like Protein is an Initiating Molecule in Axolotl Appendage Regeneration." Takuji Sugiura, Heng Wang, Rico Barsacchi, Andras Simon, Elly M. Tanaka. Nature, Vol. 531 No. 7593, pg. 237-240, March 19,2016.

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