Embryonalentwicklung: Wie entstehen aus Zellen Gliedma?en?
Entwicklungssequenz von Parhyale hawaiensis aufgenommen mit
einem Lichtscheibenfluoreszenzmikroskop. Es handelt sich hierbei um
3D-Rekonstruktionen eines Embryos in seitlicher Ansicht und dem
Kopf auf der linken Seite. Die farblich hervorgehobenen Bereiche
zeigen, wie aus einigen wenigen Zellen sich Beine differenzieren.
Urheber: Anastasios Pavlopoulos und Carsten Wolff
W?hrend der Entwicklung eines vielzelligen Organismus entsteht aus einer einzigen Zelle eine Reihe unterschiedlicher Zelltypen, die sich wiederum zu verschiedenen Geweben und Organen organisieren. Seit mehr als einem Jahrhundert bemühen sich Biologen darum, die Entwicklungsgeschichte (auch als Zellschicksal bezeichnet) der verschiedenen Strukturen in sich entwickelnden Organismen zu verstehen: Zum Beispiel, durch welche Zellen entstehen Augen oder Gliedma?en? Wie ver?ndern diese Zellen in der Entwicklung ihr Verhalten, um letztlich die Form und Funktion des Organs zu realisieren?
Solche Fragen zu beantworten war bislang ?u?erst schwierig, denn eine direkte Beobachtung von sich entwickelnden Embryonen auf zellul?rem Niveau stellt eine gro?e Herausforderung dar. Mit einem neuen Ansatz untersuchte ein multinationales und multidisziplin?res Team mit Wissenschaftlern der Humboldt-Universit?t zu Berlin, des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik (Dresden), des HHMI Janelia Forschungscampus (USA), des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (Berlin) und dem Pasteur-Institut (Frankreich) die Dynamik und das Verhalten von Zellen w?hrend der Entwicklung von Gliedma?en.
Dazu schaute sich das Forscherteam die Entwicklung des marinen Krebses Parhyale hawaiensis n?her an. Er hat entlang seiner K?rperachse eine Reihe spezialisierter Gliedma?en entwickelt – ?hnlich einem lebenden Schweizer Taschenmesser. Mittels der hochmodernen Lichtscheibenfluoreszenzmikroskopie konnte die gesamte Embryonalentwicklung von Embryonen mit fluoreszenzmarkierten Zellkernen aufgenommen werden. Dabei wurde der Embryo aus verschiedenen Blickwinkeln in hoher r?umlicher und zeitlicher Aufl?sung aufgenommen.
Beobachtung kann Aufschlüsse über Fehlbildungen geben
Mit diesen komplexen und mehrdimensionalen mikroskopischen Aufnahmen standen die Forscher vor der Herausforderung, die biologisch relevanten 三亿体育·(中国)官方网站 aus diesen riesigen Datens?tzen zu extrahieren. Dafür entwickelten sie eine spezielle Software namens Massive Multi-View Tracker (MaMuT), die als FIJI Plug-In frei verfügbar ist. Diese Kombination von Mikroskopie und Software erm?glichte es den Wissenschaftlern alle Zellen eines Beines über mehrere Tage in der Entwicklung zu verfolgen.
Dabei wurden morphogenetische Verhaltensmuster der Zellen entdeckt, die zur zellul?ren Organisation und zum Auswachsen eines Beines beitragen. Dieser neue Weg, die Entwicklung von mehrzelligen Organismen zu untersuchen, wird in Zukunft dazu beitragen, die zellul?ren und molekularen Mechanismen, die das Schicksal von Zellen w?hrend der Entwicklung eines Organismus bestimmen, aufzudecken. Es wird sicherlich auch dabei helfen, die Ursachen von Fehlbildungen w?hrend der Entwicklung erkl?ren zu k?nnen.
Weitere 三亿体育·(中国)官方网站
Ver?ffentlichte Studie bei eLife
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Dr. Carsten Wolff
Institut für Biologie / Vergleichende Zoologie
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Tel.: 030 2093-6284
carsten.wolff@rz.hu-berlin.de