Die Seeanemone Nematostella vectensis kann sich nach einer Teilung in zwei Hälften vollständig erneuern. Dabei bildet sie alle fehlenden Zelltypen und großen Körperteile neu. Diese Fähigkeit nennt man Ganzkörper-Regeneration. Die neu entstehenden Gewebe und Strukturen passen genau zur ursprünglichen Ausrichtung des Körpers. „Das zeigt, dass die verbleibenden Zellen Informationen über ihre Position im Körper besitzen. Wie diese Positionsinformationen auf zellulärer und molekularer Ebene gespeichert und genutzt werden, ist eine zentrale Frage der Regenerationsbiologie“, erklärt Anna Seybold vom Institut für Zoologie der Universität Innsbruck. Sie erforschte die ultrastrukturellen Grundlagen der Regenerationsfähigkeit der Seeanemone Nematostella vectensis mittels Elektronenmikroskopie. Im Zentrum der Arbeit stand die Frage, wo im Körper die sogenannten Positionsinformationen gespeichert sind, die steuern, welches Körperteil nachwachsen soll, also warum ein verbliebener Kopf des Tieres einen Fuß regeneriert und umgekehrt“, erklärt die Wissenschaftlerin. Um diese Frage zu klären, entwickelte das Team um Fabian Rentzsch (Universität Bergen) mithilfe genetischer Methoden eine transgene Linie dieser Art, mit der sich Nervenzellen gezielt vorübergehend entfernen lassen. „So konnten wir erstmals systematisch analysieren, welche Rolle das Nervensystem bei der Ganzkörperregeneration spielt“, beschreibt Seybold.
Überraschendes Ergebnis
Die Ergebnisse dieser Analysen waren überraschend: Obwohl Nematostella in der Lage ist, das Nervensystem vollständig zu regenerieren, führt dessen vorübergehende Entfernung zu gravierenden Veränderungen im Regenerationsverhalten der Spezies. „Nach einer Teilung des Körpers regenerierten Kopf-Fragmente nicht – wie normalerweise – einen Fuß, sondern bildeten stattdessen einen zweiten Kopf. Fuß-Fragmente hingegen entwickelten weiterhin korrekt einen neuen Kopf“, erklärt die Wissenschaftlerin. Diese Fehlregeneration geht mit einer veränderten Aktivierung von Wnt-Signalgenen einher, die für die Festlegung der Körperachse entscheidend sind. Da diese molekularen Veränderungen bereits auftraten, bevor neue Nervenzellen entstanden sind, deutet dies darauf hin, dass das Nervensystem nicht direkt entscheidet, ob ein Kopf oder ein Fuß regeneriert wird. „Vielmehr scheint es dem umliegenden Gewebe Positionsinformationen zu liefern, die ein standardmäßiges Kopf-Regenerationsprogramm gezielt unterdrücken“, so die Zoologin.
Die vorübergehende Entfernung des Nervensystems beeinflusst das Regenerationsverhalten der Spezies: Obwohl das Nervensystem vollständig wieder hergestellt werden kann, regenerierten Kopf-Fragmente nach einer Teilung des Körpers nicht wie normalerweise einen Fuß sondern einen zweiten Kopf.
Die Abbildung zeigt elektronenmikroskopische Aufnahmen der Seeanemone Nematostella vectensis die nach vorübergehender Entfernung des Nervensystems nach der Teilung nicht wie normalerweise einen Fuß sondern einen zweiten Kopf regeneriert.
Diese Arbeit, die das Team um Rentzsch in Zusammenarbeit mit Seybold kürzlich in Current Biology publiziert haben, liefert damit neue grundlegende Einblicke in die Rolle des Nervensystems bei der Steuerung von Regeneration und Körperpolarität. „Dies kann langfristig dazu beitragen, die Prinzipien zu verstehen, die komplexe Regenerationsprozesse ermöglichen – ein wichtiger Schritt auch auf dem Weg zu neuen Ansätzen in der regenerativen Medizin“, so Seybold.