Hippo gibt der Hydra die Körperachse vor

Schon früh in der Embryonalentwicklung werden Körperachsen angelegt, damit Zellen wissen, wo sie hingehören und was sie werden sollen. Ein Forscherteam mit Beteiligung von Innsbrucker Wissenschaftern zeigte nun im Fachjournal „PNAS“ am Süßwasserpolypen Hydra, dass die vom Kopf zum Rumpf verlaufende Körperachse ihren evolutionären Ursprung im sogenannten „Hippo-Signalweg“ hat. Diese Signalkaskade sorgt unter anderem dafür, dass Organe nicht unbegrenzt weiterwachsen.

red/Agenturen

Wie sich die Zellen der ersten mehrzelligen Tiere organisierten und wie es zur Bildung von Körperachsen kam, ist eine große Frage der Entwicklungsbiologie. Interessant sind die Körperachsen, weil sie als molekulares Koordinatensystem fungieren. Entlang dieser Achsen werden Gene aktiviert, um die Entwicklung der anatomischen Strukturen in den richtigen Positionen zu steuern. Dabei werden bestimmte Moleküle gebildet und ausgetauscht. So erhalten Zellen Informationen, auf die sie reagieren können. Damit wird - zugespitzt gesagt - sichergestellt, dass nicht etwa Ohren am Bein wachsen.

Seinen Namen hat der Hippo-Signalweg von einer seiner wichtigsten Signalkomponenten, der Proteinkinase „Hippo“. Bei höheren Tieren wie Säugetieren und Vögeln kontrolliert er die Zellteilung in den sich bildenden Organen und sorgt dafür, dass diese ihre richtige Größe und dreidimensionale Form annehmen. Ist dieser Signalweg fehlerhaft, kann es zu Gewebeverdickungen kommen, ähnlich der Haut eines Flusspferdes - daher auch der Name.

Die Forschergruppe um Maria Brooun vom Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute in Toronto (Kanada) und Helen McNeill von der Washington University School of Medicine in St. Louis (USA), an der auch Bert Hobmayer vom Institut für Zoologie der Universität Innsbruck beteiligt war, hat in der aktuellen Arbeit die Funktion des Hippo-Signalwegs zum ersten Mal in evolutionär sehr alten Tieren, den Süßwasserpolypen Hydra, beschrieben. In solchen Nesseltieren ist der Hippo-Signalweg vermutlich ursprünglich entstanden.

Von Hippo zur Hydra

Die Süßwasserpolypen sind für ihre nahezu unbegrenzte Regenerationsfähigkeit berühmt. Sie erneuern permanent ihr Gewebe, können ganze Körperteile komplett ersetzten, oder aus Einzelzellen einen ganzen Organismus neu bilden. Außerdem vermehrt sie sich asexuell, indem sie aus ihrem Körper heraus eine Knospe bildet, die dann zu einem neuen Tier heranwächst. Mit jeder neuen Knospe entsteht damit auch eine neue Körperachse.

Hydras dienen deshalb als Modell in der molekularen Stammzell- und Regenerationsforschung. Hobmayer befasst sich mit seiner Gruppe seit Jahren intensiv mit diesen Tieren. Mittels Elektronenmikroskopie untersuchten sie in der aktuellen Arbeit den komplexen Mechanismus und lieferten wichtige Daten über die innere Organisation der Zellen, die vom Hippo-Signalweg gesteuert werden.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der Hippo-Signalweg die Zellteilungsrate in der gesamten Hydra beeinflusst. Damit steuert er auch das Entstehen neuer Tiere. Neben der Kontrolle des Gewebewachstums und der asexuellen Fortpflanzung bildet der Signalweg auch Signalmoleküle aus, die für das Auswachsen einer normal geformten Körperachse notwendig sind.