Manchmal arbeitet die Entwicklungsbiologie wie eine Bildhauerin, die mit Hammer und Meißel eine Skulptur aus einem Marmorblock schlägt. Um die finale Gestalt zu erzeugen, wird während der Embryogenese gelegentlich nicht Material aufgebaut, sondern Überflüssiges weggeklopft. So sieht man z. B. bei der Entwicklung von Land-Wirbeltieren, wie embryonal angelegte Häute zwischen den Zehen wieder verschwinden. Manchmal erscheint dieses Auf-, Ab- und Umbauen etwas widersinnig, ganz allgemein gesprochen.
Aber die Evolution ist eben kein Ingenieur, sondern ein Bastler, wie schon der französische Genetiker Francois Jacob in einem berühmten Aufsatz erklärte: Organismen werden ja nicht vorausschauend am Reißbrett geplant. Wer sollte denn auch der Planer sein? Vielmehr schraubt "die Evolution" an stammesgeschichtlich überlieferten Prozessen herum und modelt sie für immer neue Zwecke um. Dabei kommen Kompromisse, suboptimale Lösungen und Umwege heraus - z.B. auch Zellen, die gleich nach ihrer Geburt wieder in den Tod geschickt werden.
131 überschüssige Zellen
Ein Selbstmord-Programm sorgt dafür, dass bestimmte Zellen kontrolliert zugrunde gehen. Nachbarzellen beseitigen schließlich die Trümmer. Besonders schön kann man den programmierten Zelltod beim Fadenwurm Caenorhabditis elegans studieren. Das Würmchen ist berühmt dafür, dass die Abfolge der Zellteilungen, von der befruchteten Eizelle bis zum erwachsenen Wurm, fast invariabel ist. Quasi jede Körperzelle des Fadenwurms kann der geübte Wurmforscher mit einem eigenen Namen ansprechen, und man kennt alle ihre Vorfahren bis zurück zur Zygote. Wenn in C. elegans-Studien doch mal z. B. ein bisher unbekanntes Neuron auftaucht, dann ist das heutzutage gleich ein Nature-Paper wert (siehe hier).
Und auch bei C. elegans gibt es Zellen die, kaum geboren, wieder in den Tod geschickt werden. 1090 Körperzellen entstehen während der Embryonalentwicklung des Wurms, davon sterben 131 umgehend wieder. Eine dieser Sackgassen ist die sogenannte "NSM-Schwester". Aus ihrer Mutter, dem NSM-Neuroblasten, gehen zwei Töchter hervor, eine große und eine kleine: Aus der großen Zelle wird später ein stolzes Motoneuron, die kleine Schwester aber stirbt und wird von Nachbarzellen geschluckt ("Engulfment").
Friss mich!
Die zum Sterben vorgesehene Zelle präsentiert dabei ein Friss-mich-Signal auf ihrer Oberfläche, das letztlich dazu führt, dass Nachbarzellen Fortsätze ausstrecken und die Zelle verschlingen. Aber so scharf lässt sich das "Engulfment" nicht vom Rest des Apoptose-Geschehens trennen, denn die Signale und Prozesse, die beim finalen Schlucken eine Rolle spielen, sind zuvor auch an der Auslösung des Zelltods beteiligt - soweit war das schon bekannt.
Ein Team um Sayantan Chakraborty und Barbara Conradt (LMU München) stieß nun auf eine weitere Rolle des Engulfment-Pathways (siehe Nature Comm 6:10126 und Pressemitteilung). Als die Münchner sich die intra-zelluläre Lokalisation der Caspase ced-3 in der NSM-Mutterzelle genauer ansahen, bemerkten sie, dass dieses Apoptose-kritische Protein schon vor der Zellteilung asymmetrisch verteilt ist – die todgeweihte kleine Tochterzelle bekommt mehr davon ab. Schuld an dieser ungleichen Verteilung des Selbstmord-Agenten ced-3 sind den LMU-Forschern zufolge Signale des Engulfment-Pathways, die von den Nachbarzellen ausgehen. Diese Signale wiederum werden von der NSM-Mutterzelle selbst induziert. Dass der Tod der kleinen NSM-Schwester schon vor ihrer Geburt vorbereitet wird, kam dabei durchaus als Überraschung für die Fadenwurm-Forscher.
Wieso nur findet die Zellteilung dann überhaupt statt, wenn schon vor der Geburt der Zellen geregelt ist, dass am Ende eh nur eine der Schwestern übrig bleibt – möchte man mit Ingenieurs-Mentalität fragen. Aber solche Fragen stellt "die Evolution" eben nicht, solange am Ende lebensfähige und möglichst fruchtbare Organismen herauskommen.
Hans Zauner
Abb: Aus Fig 5, Chakraborty et al (CC-BY).