Organwachstum: Morphogen als Größenregulator

11. November 2015
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Mit der sogenannten „Morphotrap“-Methode konnte in der Fruchtfliege die Funktion des Morphogens Dpp, das für das Flügelwachstum eine wichtige Rolle spielt, bestimmt werden. Die Methode soll zukünftig für weitere Untersuchungen zum Organwachstum eingesetzt werden.

Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben eine neue Untersuchungsmethode mit Nanobodies entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Morphogen Decapentaplegic (Dpp) das Größenwachstum im Zentrum der Imaginalscheibe des Flügels, nicht aber das Wachstum der peripheren Bereiche beeinflusst. Es ist das erste Mal, dass zu einer solchen Untersuchung ein Anti-GFP-Nanobody erfolgreich eingesetzt wurde. Die Methode soll neue Untersuchungen zur Organentwicklung ermöglichen.

Nanobodies visualisieren Größenwachstum

Nanobodies sind kleinste Antikörperfragmente, die von Kamelen gewonnen werden, und mit deren Hilfe sich Moleküle im lebendigen Organismus greifbar machen lassen. Bei der Methode „Morphotrap“ setzen die Wissenschaftler Anti-GFP-Nanobodies ein. Diese Nanobodies ermöglichen es, die Funktionen von GFP-markierten Proteinen im lebenden Organismus schneller und gezielter zu untersuchen als mit herkömmlichen Methoden.

„Diese Anti-GFP-Nanobodies halten das Morphogen Dpp an unterschiedlichen Stellen im Flügel zurück, so dass sich der Einfluss von Dpp auf das Wachstum erkennen und verändern lässt“, erklärt Stefan Harmansa, Erstautor der Studie.

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Das Signalmolekül Decapentaplegic (Dpp) spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Flügels in der Fruchtfliege. © Universität Basel, Biozentrum

Morphogen Dpp reguliert Größenwachstum im Zentrum der Imaginalscheibe

Um den Einfluss des Morphogens Dpp genauer zu bestimmen, wurde die Imaginalscheibe der Fruchtfliege untersucht. Diese ist das Vorläufergewebe des erwachsenen Fliegenflügels und dient als Modell für Untersuchungen zur Organentwicklung. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Morphogen Dpp lediglich für das Wachstum im Zentrum der Imaginalscheibe eine Rolle spielt. Die peripheren Bereiche wachsen auch dann, wenn wir Dpp daran hindern, in diese Regionen vorzudringen“, so Harmansa. „Mithilfe des GFP-Nanobodies konnten wir nun erstmals aufzeigen, inwieweit das Morphogen Dpp die Flügelgröße mitbestimmt und haben so eine der beiden vorherrschenden Theorien auf diesem Gebiet widerlegt“, sagt Harmansa.

Auch für zukünftige Forschungsprojekte soll die Methode verwendet: „Wir werden in einem nächsten Schritt untersuchen, wann das Morphogen Dpp zeitlich wirkt. Die Korrelation zwischen dem räumlichen und zeitlichen Einfluss von Dpp wird uns neue Erkenntnisse über das Organwachstum und vielleicht auch über mögliche Gründe für Störungen in diesem Prozesse liefern“, so der Entwicklungsbiologe Markus Affolter.

Originalpublikation:

Dpp spreading is required for medial but not for lateral wing disc growth
Stefan Harmansa et al.; Nature, doi:10.1038/nature15712; 2015

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