In einem Artikel, der in der Zeitschrift
Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigen Wissenschaftler, dass die Regenerationsprozesse bei einem Meereswurm, dem ringelwürmigen Wurm, Ähnlichkeiten mit denen bestimmter Wirbeltiere aufweisen, die eine hohe Regenerationsfähigkeit besitzen, wie Amphibien.
Diese Ergebnisse unterscheiden sich stark von denen, die bei anderen Würmern beobachtet wurden, und eröffnen der wissenschaftlichen Gemeinschaft neue Perspektiven, um die Mechanismen der Regeneration zu verstehen.
Konfokale Mikroskopieverfolgung der Regeneration von Würmern mit klonalen Linien fluoreszierender transgener Zellen.
- 1ste Zeile: Fotografie eines Wurms, die die ungefähre Position der vorgenommenen Amputationen zeigt.
- 2te Zeile: Verfolgung von vier Phasen der Regeneration eines Wurms, dessen alle epidermalen Zellen klonal und fluoreszierend sind; das Blastem wächst und beginnt sich zwischen den Tagen 1 und 4 zu formen. Ab Tag 5 werden die regenerierten posterioren Stammzellen wieder aktiv und bilden neue Segmente des Wurms.
- 3te Zeile: Hinterkörper von drei Würmern mit fluoreszierenden Klonen in drei verschiedenen Geweben, vor der Amputation.
- 4te Zeile: Ergebnisse der Regeneration derselben drei Würmer nach drei Wochen; die regenerierten fluoreszierenden Gewebe sind genau die gleiche wie vor der Amputation.
© Creative Commons Bei vielen Tieren basiert die Regeneration eines Gliedes oder einer beschädigten Struktur auf der Bildung eines
Blastems, einer Masse spezialisierter Vorläuferzellen, die in der Lage sind, die verschiedenen Zellen komplexer Gewebe neu zu bilden.
In einer in
Nature Communications veröffentlichten Studie nutzten Wissenschaftler ein Tiermodell, einen marinen ringelwürmigen Wurm, um die Regenerationsmechanismen zu erforschen. Sie wollten verstehen, wie diese Regenerationsfähigkeit in Zeit und Raum bei einem wirbellosen Tier organisiert ist, und kombinierten dabei sowohl genetische als auch zelluläre Ansätze.
Die Regeneration beim ringelwürmigen Wurm weist Ähnlichkeiten mit der bestimmter Wirbeltiere auf
Die Wissenschaftler kombinierten genetische Analysetechniken (Transkriptomik, also die Erstellung eines Inventars der Gene, die in einer gegebenen Zelle exprimiert werden) und Zellmarkierungsmethoden (die es ermöglichen, die Wege einzelner Zellen zu verfolgen), um die beteiligten Zellen zu identifizieren und ihre Entwicklung während der Regeneration zu verfolgen.
Sie beobachteten, dass bei den ringelwürmigen Würmern die Zellen, die das Blastem nach einer Schwanzamputation bilden, ähnliche Eigenschaften aufwiesen wie die der Wirbeltiere mit hoher Regenerationsfähigkeit, wie Amphibien. Diese Zellen, sowohl bei den ringelwürmigen Würmern als auch bei Salamandern oder Fröschen, besitzen eine sogenannte "eingeschränkte" Kapazität. Im Gegensatz zu multipotenten Stammzellen (die jede Art von Zelle regenerieren können) bleiben diese "eingeschränkt potenten" Zellen entsprechend ihrer Ursprungsgruppe (den drei embryonalen Keimblättern: Ektoderm, Mesoderm, Endoderm) spezialisiert.
Diese Einschränkung bedeutet, dass die Regeneration beim ringelwürmigen Wurm auf einer "Dedifferenzierung" spezialisierter Zellen nahe der Verletzung basiert, die in einen unbestimmten Zustand zurückkehren, ohne ihre Spezialisierung zu ändern. Sie behalten daher eine festgelegte "Identität", die während des Regenerationsprozesses nicht verändert werden kann.
Schließlich basiert das posteriore Wachstum des Wurms, ohne jegliche Regeneration, ebenfalls auf Populationen eingeschränkt potenter Stammzellen. Diese posterioren Stammzellen, die nach einer Amputation verloren gehen, werden daher aus differenzierten Zellen derselben Identität regeneriert, die sie zuvor im Wachstumsprozess hervorgebracht haben.
Ein neues Modell zur Erforschung der Mechanismen der Regeneration
Der ringelwürmige Wurm unterscheidet sich in diesem Aspekt stark von einer anderen Wurmgruppe, die wegen ihrer bemerkenswerten Regenerationsfähigkeit untersucht wurde: den Plattwürmern oder Planarien. Planarien besitzen multipotente Stammzellen, die allein für ihr Wachstum und ihre Regeneration verantwortlich sind. Der vergleichende Ansatz zwischen diesen Tiermodellen wird in Zukunft viele Erkenntnisse liefern und ein besseres Verständnis der Mechanismen ermöglichen, die bei Wirbeltieren im Spiel sind.
Die Wissenschaftler heben einen weiteren wichtigen Punkt hervor: Diese eingeschränkt potenten Zellen bei den Meereswürmern werden durch einen bekannten molekularen Signalweg aktiviert, der als TOR-Weg bezeichnet wird und ebenfalls an der Regeneration bei Wirbeltieren wie der Salamander beteiligt ist. Wird dieser Weg beim Wurm gehemmt, wird die Regeneration blockiert, was seine zentrale Rolle bei der Aktivierung von Stammzellen nach einer Verletzung beweist.
Diese Arbeit trägt zur Weiterentwicklung des Wissens über die Biologie der Regeneration bei und bietet einen methodischen Rahmen, der auf andere Arten angewendet werden kann, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu vergleichen.
Referenz:
Molecular profiles, sources and lineage restrictions of stem cells in an annelid regeneration model.
A. Stockinger, L. Adelmann, M. Fahrenberger, C. Ruta, B. Duygu Özpolat, N. Milivojev, G. Balavoine, F. Raible.
Nature Communications,
DOI: 10.1038/s41467-024-54041-3
Quelle: CNRS INSB