Genetisch identische Zellen wählen ihre Entwicklungsrolle nach dem Zufallsprinzip
Genetisch identische Zellen treffen selbst unter identischen Bedingungen unterschiedliche Entscheidungen darüber, was aus ihnen wird. Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie das Zusammenspiel von Zufall und festgelegten biologischen Programmen den Zelltyp bestimmt, der letztlich entsteht. Der Befund ist sowohl für das Verständnis der Entwicklung als auch des Alterns von Bedeutung.
Während der Embryonalentwicklung müssen Zellen entscheiden, welchen Zelltyp sie annehmen: eine Herzmuskelzelle, ein Neuron oder eine Immunzelle. Wie diese Entscheidung zustande kommt, ist noch nicht vollständig verstanden. Lange Zeit galt die Umgebung der Zelle als ausschlaggebend. Doch identische Zellen in derselben Umgebung schlagen manchmal trotzdem unterschiedliche Wege ein.
Forscher nutzten die soziale Amöbe (Dictyostelium discoideum) als Modellorganismus. Dieser Organismus eignet sich für solche Fragestellungen besonders gut: Er ist einfach aufgebaut, leicht zu manipulieren, und seine Zellen zeigen dasselbe Phänomen der Identitätsentscheidungen wie Säugetierzellen.
Zufall als biologischer Mechanismus
Was die Studie zeigt: Zellen sind auf ein bestimmtes Schicksal vorbereitet, noch bevor die eigentliche Zellteilung stattfindet. Diese Vorbereitung – als Lineage Priming bezeichnet – ist teils zufällig und teils durch festgelegte molekulare Programme gesteuert. Es handelt sich nicht um ein Entweder-oder: Beide Faktoren wirken gemeinsam.
Die Variabilität in den Zellentscheidungen ist kein Systemfehler. Evolutionär betrachtet bietet sie einen Vorteil: Reagieren alle Zellen identisch auf eine sich verändernde Umwelt, ist ein Organismus anfälliger als einer, dessen Zellen von Natur aus unterschiedlich auf Reize reagieren.
Bedeutung für das Altern
Im Laufe des Alterns verändert sich die Art und Weise, wie Zellen ihre Identitätsentscheidungen treffen. Stammzellen werden zunehmend unzuverlässiger darin, zur richtigen Zeit die richtigen Zelltypen hervorzubringen. Ob dies auf Verschiebungen im Zufallsanteil, im festgelegten Anteil oder in beiden begründet liegt, ist eine offene Frage, zu deren Beantwortung diese Art von Forschung beitragen kann.
Direkte klinische Anwendungen sind noch weit entfernt. Doch das Verständnis, wie Zellidentität entsteht, ist eine unverzichtbare Voraussetzung für die Entwicklung von Therapien, die die Zelldifferenzierung bei Krankheiten und im Alter gezielt lenken.