Der molekulare Regler, der uns fünf Finger wachsen lässt

9. April 2012, 17:21
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Transkriptionsfaktor GLI3 steuert die Balance zwischen Zellteilung und Differenzierung

Basel - Eine Forschergruppe um Rolf Zeller am Departement Biomedizin der Universität Basel hat einen molekularen Regler gefunden, der im Embryo die Bildung der fünf unterschiedlichen Finger einer Hand steuert. Störungen dieses Regelkreises können zu angeborenen Missbildungen oder Besonderheiten wie überzähligen Fingern und Zehen führen, wie die Universität Basel berichtet.

In Embryos gibt es während der Organentwicklung präzise Zeitfenster, in denen sich die Vorläuferzellen von Geweben und Organen rapide vermehren, um genug Zellen zur Organbildung zu generieren. Im Gegensatz zu Tumoren sind diese Zellteilungen jedoch strikt geregelt, sodass genügend, aber auch nicht zu viele Zellen zur Bildung von Organen und Geweben vorhanden sind. Javier Lopez-Rios und Kollegen aus Zellers Forschergruppekonnten nun nachweisen, dass bei der Bildung von fünf Fingern der Transkriptionsfaktor GLI3 während des rasanten Wachstums der embryonalen Extremitätenknospen die Balance zwischen Zellteilung (Proliferation) und Differenzierung steuert. Die Proliferation wird dabei von GLI3 gezielt gebremst und mit der Zelldifferenzierung zeitlich und räumlich eng verknüpft. Die Studie, die auch zeigt, wie Störungen der Zellproliferation zu angeborenen Missbildungen führen, wurde in der Zeitschrift "Developmental Cell" veröffentlicht.

Mäuseversuch

In Mäuseembryonen hat das gezielte Abschalten des GLI3-Transkriptionsfaktors drastische Folgen: Statt fünf bilden sich bis zu acht Zehen bzw. Finger pro Vorderpfote. Zellers Gruppe fand nun heraus, dass GLI3 normalerweise eine Doppelfunktion hat, indem es die Zellproliferation so bremst, dass nicht zu viele Vorläuferzellen gebildet werden und gleichzeitig deren Differenzierung in die Anlagen der fünf Finger zum richtigen Zeitpunkt auslöst. Fehlt GLI3 in der Extremitätenknospe von Mäuseembryonen, werden zu viele Vorläuferzellen produziert, und ihre Differenzierung verzögert sich, sodass zusätzliche Finger angelegt werden. GLI3 koordiniert also die Proliferation und Differenzierung von Zellen sowohl zeitlich als auch räumlich.

Auch beim Menschen führen Mutationen im GLI3-Gen zu verschiedenen Missbildungen, etwa der Ausbildung von mehr als zehn Fingern (sogenannten "Polydaktylien"). Bei Menschen treten Polydaktylien mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Fall in 500 bis 1.000 Neugeborenen sogar relativ häufig auf. Die Analyse von GLI3 in Mäuseembryonen zeigt nun, dass diese angeborenen Missbildungen - anders als bisher meist angenommen - nicht unbedingt eine Konsequenz von fehlerhafter Musterbildung sind, sondern auch durch Anomalien in der Koordination von Proliferation und Differenzierung entstehen. Da Mutationen im vom GLI3 gesteuerten molekularen Netzwerk bei Kindern und Erwachsenen zu bösartigen Tumoren führen können, tragen die Resultate dieser Studie auch zum Verständnis der Veränderungen bei, die zur unkontrollierten Proliferation von Tumorzellen führen. (red, 7.4.2012)

  • Nach Abschaltung von GLI3 hat sich eine Mäusepfote mit sieben "Fingern" gebildet.
    foto: universität basel

    Nach Abschaltung von GLI3 hat sich eine Mäusepfote mit sieben "Fingern" gebildet.

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