Aus früheren Studien ist bekannt, dass Stammzellen auf der Daumenseite eines Arms das Signalprotein Fgf8 freisetzen und Stammzellen auf der Armvorderseite des kleinen Fingers das Protein Shh. Zusammen informieren diese beiden Signale umliegende Zellen darüber, dass hier ein Arm samt Hand nachwachsen soll. „Was wir nicht wussten, war, welche Mechanismen dafür sorgen, dass FGF8 und Shh während der Regeneration an beiden Seiten des Arms eingeschaltet werden“, erklärt Leo Otsuki vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in Wien.
„Hand2“-Gen signalisiert Position auf der Fingerseite
Ein Team um Otsuki hat nun näher untersucht, woher Zellen ihre Position im Axolotl-Körper kennen. Die Forschenden suchten im Erbgut und Körper der Axolotl nach dem Hauptmechanismus, der der Positionsinformation zugrunde liegt. Dabei stellten die Forschenden fest, dass jede Körperzelle auch ohne Verletzung eine Art genetische Postleitzahl besitzt, die ihre derzeitige Position im Körper wie auf einer molekularen Karte angibt. Geht ein Körperteil verloren, senden die benachbarten Zellen ein Signal aus, dass ihre Postleitzahl-Information an nachwachsende Zellen weitergibt. Diese interpretieren daraus ihre eigene künftige Postleitzahl und bilden daraufhin die entsprechenden Gewebestrukturen aus.
In den Zellen auf der hinteren Armseite des kleinen Fingers besteht diese Postleitzahl beispielsweise aus dem Gen „Hand2“, wie Otsuki und seine Kollegen feststellten. Dieses Gen ist im gesunden Körper ständig schwach aktiv und erinnert die Zellen so an ihre Position im Arm. Im Verletzungsfall steigt die Genaktivität jedoch und sorgt für die Freisetzung des Shh-Signals. Umliegende Zellen, die dieses Protein erreicht, entwickeln sich daraufhin zu Armzellen der Fingerseite. Weiter entfernte Zellen, bis zu denen das Shh-Signal nicht durchdringt, wachsen hingegen zu Armzellen der Daumen- oder Vorderseite. Sobald der Arm komplett nachgewachsen ist, sinkt die Genaktivität von „Hand2“ wieder auf das Ausgangslevel und es wird kein Shh mehr produziert.
Demnach wird beim Axolotl nach einer Verletzung ein bereits vorhandenes Positionsgedächtnis aktiviert und dessen molekulares Signal verstärkt, um eine korrekte Gewebebildung anzustoßen. Für die Regenrationsforschung ist diese Erkenntnis ein echter Durchbruch. „Wir haben ein flexibleres Regenerationsmodell entdeckt, als wir erwartet hatten“, sagt Otsuki.
