Kategorien
Diagnostik Entwicklungsbiologie Gynäkologie Immunologie Reproduktionsmedizin Wissenschaft

Fresszellen bei Embryonen identifiziert

In einem vollständig entwickelten Menschen, Zebrafisch oder einer Maus ist es die Aufgabe von „Fresszellen“ (Makrophagen) des Immunsystems, abgestorbene Zellen zu beseitigen. Allerdings hat ein neu geformter Embryo noch kein Immunsystem, geschweige denn spezialisierte Fresszellen. Er besteht im Wesentlichen aus sich schnell teilenden Zellen. Die raschen Teilungsvorgänge machen ihn auch anfällig für Zellfehler, so die Forscher Verena Ruprecht und Stefan Wieser vom Barcelona Institute of Science and Technology.  Solche Fehler bei der Teilung sind wahrscheinlich der Hauptgrund, dass sich manche Embryos vor der Einpflanzung (Implantation) nicht richtig entwickeln, sowie für Fehlgeburten.

Das erste spezialisierte Gewebe, das sich in einem Embryo bildet, ist die Außenhaut (Epithel). Wie die Forscher nun herausfanden, sind es auch diese Zellen, die während des schnellen Wachstums die Aufgabe der Immunzellen übernehmen. Wie später die Makrophagen erkennen sie sterbende Zellen daran, dass diese einen Fettstoff (Phosphatidylserin) an der Außenseite präsentieren, anstatt ihn an der Innenseite der Zellmembran zu verstecken. Die Epithelzellen formen daraufhin Fortsätze an der Oberfläche und reichen die kaputten Zellen weiter, um die Beseitigung der sterbenden Zellen zu beschleunigen. Dann fressen sie diese schließlich so auf, wie es die spezialisierten Immunzellen später ebenfalls tun.

In Zukunft könnte man nach einer künstlichen Befruchtung die Außenseite der Embryos nach solchen Fressvorgängen untersuchen, meint Ruprecht. Da sie einen Hinweis auf mögliche Probleme geben: „Es wäre eine nicht-invasive Methode, um zu erkennen, ob in einem Embryo Zelltod stattgefunden hat, der wiederum ein Hinweis auf Zellfehler und Probleme bei der Zellteilung ist.“

Referenz: BIST
Pressemeldung Science APA, 29.3.2021; Embryo-Außenhaut erkennt und vernichtet sterbende Zellen; Cooperative epithelial phagocytosis enables error correction in the early embryo, Nature 2021; https://doi.org/10.1038/s41586-021-03200-3

#embryonalentwicklung #embryo #immunzellen #makrophagen #fresszellen #reproduktionsmedizin #immunsystem #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Entwicklungsbiologie Genetik Leben Onkologie Wissenschaft

Was Gewebe „flüssig“ macht

Bei der Untersuchung von Zebrafischembryos beobachteten WissenschafterInnen am Institute of Science and Technology (IST) Austria eine abrupte und drastische Veränderung: Innerhalb weniger Minuten verflüssigt sich das relativ feste Gewebe. Was dazu führt, konnten sie jetzt in einer multidisziplinären Studie klären.  

Zebrafische haben einige Vorteile, die ihn zu einem der beliebtesten Modellorganismen von EntwicklungsbiologInnen wie Nicoletta Petridou (IST Austria) machen. Sie entwickeln sich innerhalb von Tagen und die Embryonen tun dies außerhalb ihrer Mütter und sind transparent – man kann den Organen also beim Wachsen zusehen. Dabei zeigt sich eine plötzliche Veränderung der Viskosität des Gewebes – im frühen Stadium ist das Gewebe sehr starr, aber plötzlich sinkt die Viskosität um das Zehnfache, das Gewebe verflüssigt sich und der Embryo verändert sich deutlich. Mittels eines Konzepts der Materialwissenschaft erkannte das Team, dass jede Zelle, die nur mehr mit vier Nachbarzellen verbunden war, eine ganz besondere Grenze markiert: ab dieser Zahl lockert sich der Zellverband – und das Gewebe wird „flüssig“.

Dieser Phasenübergang im Gewebe ist essentiell für die weitere Entwicklung des winzigen Fischembryos, scheint aber auch beim Wachstum von Krebszellen eine Rolle zu spielen. Neueste Studien zeigen, dass wenn ein Tumor metastasiert, sich das Gewebe ebenfalls abrupt von fest zu flüssig verändert. Das könnte Krebszellen dabei helfen, sich leichter zu bewegen. „Wenn man diesen kritischen Punkt ermitteln kann, eröffnet das Wege, ihn zu manipulieren“, so Petridou. „Wir haben noch nicht die Werkzeuge dafür, aber anstatt sich konzeptionell auf eine Vielzahl von Genen zu konzentrieren, die beim Krebswachstum eine Rolle spielen könnten, könnte man bei dem kritischen Punkt ansetzen, der die Gewebeveränderung auslöst.“

Referenz:
IST Austria
Rigidity percolation uncovers the structural basis of embryonic tissue phase transitions. Cell 2021;

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00167-7

#entwicklungsbiologie #zebrafisch #onkologie #krebsforschung #viskosität #wachstum #embryo #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Diagnostik Geriatrie Gesundheitsökonomie Interne Medizin Leben Onkologie Wissenschaft

Verschiedene Erkrankungen, gemeinsame Ursache

Viele ältere Menschen leiden gleichzeitig an mehreren, oft sehr verschiedenen Erkrankungen (Multimorbidität). Diese haben jedoch häufig eine gemeinsame Ursache, zeigt eine neue Studie. So wurde eine Reihe von Stoffwechselvorgängen gefunden, die nicht nur mit einer, sondern gleichzeitig mit bis zu 14 Erkrankungen verbunden sind.

Geprüft wurden dazu die Konzentration von Hunderten verschiedenen Molekülen in den Blutproben von insgesamt 11.000 Studienteilnehmern. Sie wurden dahingehend untersucht, wie die Konzentration einzelner Metaboliten mit insgesamt 27 schweren Erkrankungen zusammenhing. Die Blutproben waren den Teilnehmern bereits vor 20 Jahren abgenommen worden. Damals waren die Menschen gesund. Welche Krankheiten sie danach entwickelten, wurde systematisch und detailliert erfasst.

So wurde festgestellt, dass die Konzentration mancher Stoffwechselprodukte im Blut mit einer beeinträchtigten Leber- und Nierenfunktion zusammenhing, mit Übergewicht oder einer chronischen Entzündung. Die Forscher entdeckten aber auch, dass bestimmte Lebensstilfaktoren oder eine verminderte Vielfalt der Darmbakterien, des sogenannten Darmmikrobioms, die Blutwerte beeinflussen und damit Hinweise auf die Entwicklung von Krankheiten im Verlauf der Jahre gaben.

Es zeigte sich, dass die Hälfte aller nachgewiesenen Moleküle mit einem erhöhten oder erniedrigten Risiko für mindestens eine Krankheit in Verbindung stand. Der überwiegende Teil tat dies mit mehreren, teils sehr verschiedenen Erkrankungen und wies damit auf Stoffwechselwege hin, die das Risiko für Multimorbidität erhöhen. Zwei Drittel aller Metaboliten waren mit mehr als einer Erkrankung verbunden.
„Wenn es uns nun gelingt, diese Schlüsselfaktoren zu beeinflussen, sollte dies ermöglichen, mehreren Krankheiten gleichzeitig zu begegnen“, so die Forscher.

Referenz:
Charité Berlin, University of Cambridge, Helmholtz Zentrum München
Plasma metabolite to profile pathways in noncommunicable disease multimorbidity, Nature Medicine 2021, https://www.nature.com/articles/s41591-021-01266-0

#stoffwechsel #multimorbiditaet #entzuendung #biomarker #metaboliten #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva

Kategorien
Entwicklungsbiologie Wissenschaft

Was zusammengehört, klebt zusammen

Wie sich eine einzelne Zelle zu einem komplexen Organismus entwickelt, das entschlüsselt die Entwicklungsbiologie. Doch eine verzwickte Frage bleibt: Wie entstehen stabile Muster im Körper? Jetzt wurde eine Antwort für das Neuralrohr des Zebrafischs gefunden. In diesem erzeugt die unterschiedliche Klebrigkeit der Zellen, gemeinsam mit der Expression bestimmter Signalmoleküle, stabile Muster. 

Das Neuralrohr, der Vorläufer des zentralen Nervensystems, ist in mehrere Bereiche organisiert, in denen Zellen unterschiedliche Identitäten und Schicksale haben. Während der Entwicklung bewegen sich die Zellen und stören so die strikte Aufteilung in Domänen. Um die Domänen aufrechtzuerhalten sind Signalmoleküle und ein zusätzlicher Mechanismus am Werk: offenbar ist die Adhäsion oder die „Klebrigkeit” von Zellen der Faktor, der Zellen derselben Domäne zusammen und Zellen verschiedener Domänen auseinander hält. Forscher stellten jetzt fest, dass Zellen, die zur selben Domäne gehören, fest aneinanderhaften. Zellen aus verschiedenen Domänen können dagegen leichter voneinander getrennt werden. „Dieser Unterschied in der Bindungskraft kann Sortierprozesse auslösen”, erklären die Forscher, „und der Unterschied in der Klebrigkeit korrespondiert mit einer unterschiedlichen Expression von Adhäsionsproteinen in den Domänen.“

Die verschiedenen Zelltypen exprimieren unterschiedliche Klassen von Cadherinen: N-Cadherin, Cadherin 11 und Protocadherin 19. Wenn die Forscher in diese Expression eingreifen und die Zellen dazu bringen, mehr oder weniger von einem bestimmten Cadherin zu exprimieren, gehen die bevorzugte Adhäsion und die korrekte Zellsortierung verloren.

Referenzen:

IST Austria, Harvard Medical School https://ist.ac.at/de/news/was-zusammengehort-klebt-zusammen/
An adhesion code ensures robust pattern formation during tissue morphogenesis. Science. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aba6637

#entwicklungsbiologie #adhäsion #zellentwicklung #neuralrohr #cadherin #medizin #medimpressions

Fotocredit: Canva