Schlüssel zum Rätsel der Gliedmaßenregeneration gefunden

Ein winziges Lebewesen mit Kiemen, einem Lächeln und leuchtend grüner Haut hat Wissenschaftlern gerade einen wichtigen Hinweis zur Lösung eines der größten Rätsel der Biologie gegeben: der Regeneration von Gliedmaßen.

Wassersalamander, sogenannte Axolotl, sind für ihre ungewöhnliche Fähigkeit bekannt, durch Verletzungen oder Amputationen verlorene Gliedmaßen zu regenerieren. In einer neuen Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, haben Forscher nun mehr über den komplexen Prozess hinter dieser Superkraft erfahren.

„Eine seit langem bestehende Frage in diesem Bereich ist, welche Signale den Zellen an der Verletzungsstelle mitteilen, ob sie beispielsweise nur die Hand oder einen ganzen Arm regenerieren sollen“, sagte der leitende Autor der Studie, James Monaghan, Professor für Biologie und Direktor des Institute for Chemical Imaging of Living Systems an der Northeastern University.

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Es stellt sich heraus, dass eine Substanz namens Retinsäure, die häufig in Aknebehandlungen mit Retinol enthalten ist, dafür verantwortlich ist, zu signalisieren, welche Körperteile sich regenerieren müssen.

Retinsäure ist auch für die Entwicklung menschlicher Embryonen wichtig, da sie den Zellen signalisiert, wo sich Kopf, Beine und Füße entwickeln sollen, erklärte Monaghan. Aus unbekannten Gründen verlieren die meisten unserer Zellen jedoch während der Schwangerschaft die Fähigkeit, die regenerativen Signale des Moleküls zu „hören“.

Und während die Regeneration ganzer menschlicher Gliedmaßen noch immer Science-Fiction zu sein scheint, sagte Monaghan, dass die Untersuchung der Signalfunktion der Retinsäure bei diesen Amphibien dazu beitragen könnte, neue Methoden der menschlichen Heilung und Gentherapie zu entwickeln.

Axolotl leuchten von Natur aus nicht im Dunkeln. Um die Signalisierung der Retinsäure zu beobachten, verwendete Monaghans Team genetisch veränderte Axolotl, die ein fluoreszierendes grünes Leuchten aussenden, wobei das Molekül verletzte Zellen aktiviert.

Zunächst verfolgte das Forschungsteam einen eher „Frankenstein-ähnlichen“ Ansatz, indem es den Salamandern übermäßige Mengen Retinsäure injizierte und die Wirkung beobachtete. An der Amputationsstelle wuchsen die Axolotl größer als nötig und ersetzten eine Hand durch einen ganzen Arm.

„Wenn man viel Retinsäure in eine Läsion injiziert, aktiviert man alle Gene, die wahrscheinlich nichts mit der erforderlichen Musterbildung zu tun haben“, erklärt Catherine McCusker, außerordentliche Professorin für Biologie an der University of Massachusetts in Boston, die nicht an der Studie beteiligt war, aber ebenfalls zur Regeneration der Gliedmaßen von Salamandern forscht.

Um besser zu verstehen, wie Axolotl ihren natürlichen Retinsäurespiegel zur Regeneration der Gliedmaßen nutzen, haben Monaghan und sein Team ihren Ansatz modifiziert.

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„Wir haben entdeckt, dass ein einzelnes Enzym für den Abbau der Retinsäure im Körper der Axolotl verantwortlich ist“, erklärte Monaghan gegenüber CNN. Als ihr Team dieses Enzym blockierte, wiederholten sich die gleichen Frankenstein-Effekte. „Das ist wirklich aufregend und hat uns verblüfft, denn es zeigt, dass der Gehalt an (natürlicher) Retinsäure durch deren Abbau gesteuert wird.“

Mit anderen Worten: Eine verletzte Axolotl-Hand weiß, dass sie nicht zu einem Arm heranwachsen darf, unter anderem weil das Enzym CYP26B1 den Regenerationsprozess verhindert, erklärte McCusker.

Bisher sei das Verständnis dieser Beziehung im Regenerationssystem eines Axolotls nur ein Teil des Puzzles , sagte Monaghan.

Der nächste Schritt wird darin bestehen, genau zu identifizieren, auf welche Gene die Retinsäure während der Regeneration in den Zellen abzielt, um das „Muster“, dem diese Zellen folgen, besser zu verstehen.