Wissenschaft
DNA-Logbuch zeichnet Entwicklungswege von Zellen in Mausembryonen nach
Mithilfe erblicher DNA-Marken haben Forschende die Verwandtschaft von Zellen mit ihrer späteren Identität in der frühen Entwicklung von Mäusen verknüpft. Das Ergebnis ist eine rekonstruierte Karte der Entwicklungswege – kein Film der gesamten Embryonalentwicklung.
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In einer in Cell veröffentlichten Studie haben Forschende Stammbäume für über 1,4 Millionen Zellen aus 16 Mausembryonen rekonstruiert. Verknüpft man diese Stammbäume mit Informationen zur Genaktivität der Zellen, lässt sich untersuchen, welche Zellen gemeinsame Vorläufer haben und wann ihre Entwicklungswege auseinandergehen. So entsteht eine Karte, die zeigt, wie sich in der frühen Embryonalentwicklung verschiedene Zelltypen herausbilden. [1] [2]
Die Technik heißt PEtracer und fügt fortlaufend kleine, erbliche Markierungen in die DNA der Zellen ein. Bei einer Zellteilung werden die Marken an die Tochterzellen weitergegeben; zugleich können neue hinzukommen. Indem die Forschenden die Muster später auslesen, können sie ableiten, welche Zellen miteinander verwandt sind. MIT News vergleicht das System mit einem Flugschreiber: Die Informationen werden während der Entwicklung aufgezeichnet, deren Verlauf aber erst im Nachhinein rekonstruiert. [1] [2]
Die Versuche beruhen auf genetisch veränderten embryonalen Stammzellen von Mäusen, die in einem frühen Stadium in Wirtsembryonen eingebracht wurden. Diese Spenderzellen und ihre Nachkommen tragen das genetische Logbuch. Es geht also nicht darum, jede Zelle von einer einzigen befruchteten Eizelle an durch die gesamte Entwicklung hindurch zu filmen. Verschiedene Embryonen wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten untersucht. [2]
Der Zellatlas umfasst Stadien von etwa Embryonaltag 7,5 bis 10, nicht die gesamte Entwicklung bis zur Geburt. Auch die Stammbäume sind nicht vollständig: Nach Schätzung der Autoren lassen sich damit rund 75 Prozent der Zellteilungen im untersuchten Material unterscheiden. Diese Zahl beschreibt die Auflösung der Stammbäume, nicht den Anteil der erfassten Trächtigkeitsdauer. [2]
Der Nutzen der Verknüpfung von Verwandtschaft und Genaktivität liegt darin, dass beide unterschiedliche Fragen beantworten. Die Genaktivität hilft den Forschenden zu bestimmen, welchen Zelltyp sie untersuchen. Die DNA-Marken liefern Hinweise darauf, wie die Zelle dorthin gelangt ist. Zusammen dienen die Daten dazu, abzuschätzen, wann sich die Nachkommen einer Vorläuferzelle auf bestimmte Entwicklungswege festzulegen beginnen und wie viele frühe Zellen zu einem bestimmten Gewebe beitragen. [2]
Zu den Ergebnissen gehört die Beschreibung, wie sich die möglichen Entwicklungswege von Neuralleistenzellen nach und nach einschränken. Außerdem haben die Autoren hergeleitet, wie verschiedene Teile des Mesoderms, einer der frühen Gewebeschichten des Embryos, zu den Zellen beitragen, die Blutgefäße von innen auskleiden. Bei dieser Analyse wird der Ursprung aus den Stammbäumen und der Identität eng verwandter Zellen erschlossen – die Wanderung jeder einzelnen Zelle wurde nicht direkt beobachtet. [2]
Die Forschenden berichten zudem von auffallend ähnlichen Verwandtschaftsmustern zwischen den untersuchten Embryonen. Solche wiederkehrenden Muster sind wichtig, wenn die Karte als Referenz für den üblichen Entwicklungsverlauf dienen soll. Es handelt sich jedoch um Vergleiche innerhalb derselben Studie, nicht um eine unabhängige Wiederholung der Versuche. [2]
Ein mögliches Einsatzgebiet ist die Stammzellforschung. Das MIT hebt hervor, dass eine Karte der Abfolge von Zellzuständen Forschenden helfen könnte, die Stammzellen zu bestimmten reifen Zelltypen entwickeln wollen. Einen Entwicklungsweg in einem Mausembryo zu beschreiben, ist aber nicht dasselbe, wie ihn in einer Zellkultur nachbilden zu können. Die Karte kann Forschenden Schritte aufzeigen, die sie erproben können – sie liefert für sich genommen kein fertiges Rezept zur Steuerung der Zellen. [1]
