Embryo mit Haar-Sensor: Wie das Herz an den linken Fleck kommt

Vielzellige Wesen sind meist sehr symmetrisch aufgebaut. Das hat auch damit zu tun, dass dafür keine speziellen Steuerprozesse nötig sind. Im Umkehrschluss bedeutet das aber, dass für asymmetrische Teile wie etwa beim Menschen das Herz auf der linken und die Leber auf der rechten Seite derartige Regulation nötig ist. Zudem muss auch die teils asymmetrische Ausformung der Organe selbst reguliert werden. Wie dies im frühen Embryo funktioniert, in dem man bereits diese räumliche Differenzierung beobachten kann, war bislang unklar.

Signale für den Links-Rechts-Organisator

Von zentraler Bedeutung sind offenbar winzige Flimmerhärchen an Zellen. Während der Entwicklung erkennen diese die Fließrichtung von Flüssigkeit außerhalb der Zellen. Diese Information übersetzen sie in Signale und heben so an den „richtigen“ Stellen die Links-Rechts-Symmetrie auf.

© Erin Jimenez

Das berichten Forschungsteams von Takanobu Katoh (Tohoku Universität, Japan) und Lydia Djenoune (Harvard Medical School, USA) in zwei unabhängig von einander durchgeführten Studien jetzt im Magazin „Science“.

Sie untersuchten den Mechanismus an Embryonen von Mäusen und Zebrafischen.

Bekannt war Entwicklungsbiologen bisher, dass asymmetrischen Unterschiede während der frühen Embryogenese durch eine Zellgruppe namens „Links-Rechts-Organisator“ (LRO) beeinflusst werden. Diese haben aktiv bewegliche Flimmerhärchen, die, gleichsam rudernd, in einer bestimmten Phase der Entwicklung eine gerichtete Flüssigkeitsströmung erzeugen.

Signalhärchen, Signalempfängerhärchen

Die neuen Studien lösen nun das Rätsel, wie dieser nach links gerichtete Flüssigkeitsstrom wahrgenommen und in ein Signal umgesetzt wird. Die von sich aus unbeweglichen Härchen im LRO dienen demnach als mechanische Zell-Sinnesorgane.

© Getty Images/iStockphoto / MichalRenee

Sie werden durch den Flüssigkeitsstrom ausgelenkt und reagieren auf dieses Richtungs-Signal mit der Ausschüttung von Kalzium innerhalb der Zellen. Dies wiederum bewirkt, dass nun Entwicklungsschritte beginnen, die die Links-Rechts-Symmetrie aufheben.

Dejenounes Team etwa fand konkret, dass bei Zebrafischen die Ausbildung der Links-Rechts-Asymmetrie des Herzens auf diese Weise gesteuert wird. Im Experiment stoppten die Forschenden beispielsweise den Flüssigkeitsstrom, was verhinderte, dass das Herz sich in der typischen asymmetrischen Weise ausbildete und platzierte. Die fast identischen Resultate bei einem Fisch und einem Säugetier werten die Forschenden laut einer Meldung des Magazins „Science“ als starken Hinweis darauf, dass dieser Mechanismus sich evolutionär früh entwickelt hat und eine entscheidende Rolle in der Entwicklung spielt.