Auch der Fadenwurm hat ein Hirn

16. Juli 2013, 18:16
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Kleine Ribonukleinsäuren steuern die Entwicklung von Leben - Viele Fragen sind aber noch offen - Luisa Cochella erforscht jetzt, was die Moleküle in den Neuronen des Fadenwurmes tun

Der Forschungszweig ist noch jung. Vor 20 Jahren wurde die erste "Mikro-Ribonukleinsäure" (Mikro-RNA) beschrieben. Seit zehn Jahren weiß man, dass diese Moleküle in den verschiedensten Zellen von verschiedensten multizellulären Organismen vorkommen. Es folgte ein Boom - wie auch die biomedizinische Onlinepublikationsdatenbank "PubMed" zeigt. Das Suchwort "MicroRNA" bringt für 2002 rund drei Dutzend Treffer. Also für jenes Jahr, in dem das Fachmagazin Science die kleinen Ribonukleinsäuren aufgrund ihrer entdeckten Fähigkeiten zum "Durchbruch des Jahres" kürte. Zehn Jahre später gibt es bereits rund 5780 Artikel. "Es ist schon erstaunlich, wie dieser Forschungszweig explodiert ist", kommentiert die Molekularbiologin Luisa Cochella diese Entwicklung. Aber auch sie kann sich der Faszination der kleinen RNAs nicht entziehen.

"Die große Mehrheit konzentriert sich wohl auf Mikro-RNAs im Zusammenhang mit Krebserkrankungen", meint die aus Argentinien stammende und seit kurzem in Wien arbeitende Forscherin. Kein Wunder. Die nur durchschnittlich 22 Genbausteine umfassenden RNAs regulieren die Aktivierungsmuster von Genen. Sie können damit auch eine entsprechende Proteinbildung hemmen und zu Krebs führen. Mikro-RNAs gelten gleichzeitig als Hoffnungsträger für die Diagnose und Therapie von Erkrankungen. Doch: "Viele betrachten die Mikro-RNAs häufig nur in ihrer Wirkung auf den Gesamtorganismus", sagt Cochella. Nur wenige schauten auf die Funktionsweise der Mikro-RNAs in einzelnen, bestimmten Zelltypen. "Hier stecken wir in der Forschung ein wenig fest."

Die Gruppenleiterin am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) will mit ihrem Team klären, wie Mikro-RNAs in verschiedenen Klassen von Neuronen funktionieren. Für ihre Forschung erhielt sie vergangene Woche die Zusage für einen hochdotierten EU-Förderpreis, den mit rund 1,5 Millionen Euro ausgestatteten "Starting Grant" des Europäischen Forschungsrats ERC.

Vielfalt an Zelltypen

Das Nervensystem birgt eine große Vielfalt an Zelltypen. Nicht nur beim Menschen. Cochellas Modellorganismus ist der Fadenwurm C. elegans (bei ihm wurde auch die erste Mikro-RNA beschrieben). Der Wurm hat insgesamt 302 Nervenzellen, die sich in beachtliche 118 Klassen unterordnen lassen. Der Wurm könne es sich eben nicht leisten, viele Zellen zu haben, die das Gleiche machen, erklärt Cochella. Wie die große Vielfalt an Zelltypen entsteht, ist noch fraglich.

Die Forscher vermuten, dass daran die Mikro-RNAs beteiligt sind. Leicht zu fassen sind sie nicht. Von den 150 Mikro-RNAs, die man aus Nervenzellen des Fadenwurms kennt, ist nur eine mit ihrer Auswirkung auf die Zelltypenvielfalt belegt. Beschrieben wurde sie erstmals von Oliver Hobert von der Columbia University in New York, wo Luisa Cochella ihre Zeit nach dem Doktorat verbrachte. Beide konnten in einer 2012 im Magazin Cell veröffentlichten Studie zeigen, wie die Mikro-RNA lsy-6 wirkt. "Im Fadenwurm gibt es zwei sensorische Nervenzellen, die eigentlich die gleichen zu sein scheinen. Doch lsy-6 ist nur in einer der Zellen aktiviert - und macht diese dadurch anders", erläutert Cochella. Es entsteht eine Rechts-und-Links-Symmetrie, wie man sie auch vom menschlichen Gehirn kennt.

Cochella und Hobert konnten zeigen, "wie die Aktivierung der Mikro-RNA in den Entwicklungsprozess so integriert ist, sodass sie zelluläre Vielfalt gestalten kann". Es gibt eben schon in den zwei Vorläuferzellen für die späteren Neuronen einen Unterschied: Die eine Zelle wurde bereits in der frühen embryonalen Entwicklung "quasi erinnert, dass sie ihre MikroRNA aktivieren muss". Das könnte wiederum indirekt durch eine andere Mikro-RNA gesteuert worden sein - oder andere Prozesse. Offen ist auch, was den Prozess auslöst, dass die Mikro-RNA lsy-6 überhaupt gebildet wird. Cochellas Arbeit ähnelt dem Fischen in einem biologischen Mikrokosmos. Nur: Versteht man die Funktionsweise der Mikro-RNAs in bestimmten Zelltypen, ist eine wichtige Voraussetzung erfüllt, die spezifischen Zellen später einmal im Labor erzeugen zu können. Morbus Parkinson wird beispielsweise durch einen Mangel des Botenstoffs Dopamin im Gehirn verursacht. "Will ich eine dopaminerge Nervenzelle künstlich herstellen, muss ich wissen, was es dazu braucht."

Gläserner Organismus

Der Fadenwurm C. elegans bietet sich für derartige Forschung an. Er ist heute ein "gläserner Organismus". Seine insgesamt nur 1000 Zellen, ihre Entstehungsweise sowie die Funktionen der meisten sind bekannt. Für Cochella gibt es noch einen anderen Grund: Als ehemalige Biochemikerin "hatte ich nur mit Dingen aus Bakterien zu tun. Nach meinem Doktorat wollte ich endlich mit einem Modellorganismus arbeiten - aber alles andere als der Wurm war zu groß für mich", lacht die Biologin. Im ausgewachsenen Alter ist C. elegans gerade einmal einen Millimeter lang.

Zweimal wechselte Cochella bereits Kontinente. Eine Rückkehr in ihr Heimatland schließt sie derzeit aus. "Es gibt in Argentinien nur wenige Gruppen, die sehr gute Arbeit leisten und auch international anerkannt sind." Es sei derzeit kaum möglich, dort eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen. Es mangelt an Infrastruktur; politische und wirtschaftliche Entwicklungen sprechen dagegen.

Auch der Wechsel 2000 in die USA war eher notgedrungen. "Es gab eine große Krise. Hätte ich meinen PhD in Argentinien machen wollen, hätte ich umsonst arbeiten und die nächsten sechs Jahre bei meinen Eltern leben müssen." Aus ihrer Generation hätten rund 90 Prozent das Land verlassen, schätzt Cochella. Manche seien vor einigen Jahren "zu einem hohen Preis" zurückgekehrt. Tief verbunden fühlt sich Cochella ihrem Forschungsbereich. "Ich war schon immer an der RNA interessiert." Die Forschung nimmt an, dass das Leben auf der Erde als eine "RNA-Welt" startete. Schon in der präbiotischen Welt zeigten die RNA-Moleküle erstaunliche Fähigkeiten. Sie gelten als Wegbereiter für das zelluläre Leben. "Noch heute sehen wir einen Beleg für die RNA-Welt in der Zelle", sagt Cochella. (Lena Yadlapalli, DER STANDARD, 17.7.2013)

  • Die argentinische Molekularbiologin Louisa Cochella ist seit kurzem Gruppenleiterin am IMP in Wien. Für ihre Forschung erhielt sie kürzlich den Starting Grant des Europäischen Forschungsrats ERC zugesprochen.
    foto: standard/corn

    Die argentinische Molekularbiologin Louisa Cochella ist seit kurzem Gruppenleiterin am IMP in Wien. Für ihre Forschung erhielt sie kürzlich den Starting Grant des Europäischen Forschungsrats ERC zugesprochen.

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