Blutgefäßsystem: „Self-Fusion“ schließt die Tür

21. April 2015
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Zellen im Blutgefäßsystem von Wirbeltieren können mit sich selbst verschmelzen. Dieser Prozess, der auftritt, wenn ein Blutgefäß nicht mehr benötigt und zurückgebildet wird, konnte auf zellulärer Ebene beschrieben werden.

Blutgefäße bilden das Versorgungsnetzwerk des menschlichen Organismus. Forschungsarbeiten über das Blutgefäßsystem konzentrierten sich bislang in erster Linie auf die Bildung eines solchen Netzwerkes. Eine Forschungsgruppe von Prof. Markus Affolter am Biozentrum der Universität Basel hat nun die Rückbildung nicht mehr benötigter Blutgefäße beim Zebrafisch genauer untersucht und entdeckt, dass die Zellen fähig sind, ihre Membranränder mit sich selbst verschmelzen zu lassen. Dass Gefäßzellen von Wirbeltieren diese Eigenschaft haben, war bislang unbekannt.

„Self-Fusion“ erstmals im Wirbeltier beobachtet

Die Bildung von Blutgefäßen folgt einem komplizierten Architekturplan. „Der Plan für die Rückbildung ist auf den ersten Blick gleich, muss auf molekularer Ebene jedoch unterschiedlich sein“, sagt Markus Affolter. Bei der Verödung eines Blutgefäßes wandern die meisten Zellen in die benachbarten, funktionellen Gefäße. Die letzte Zelle, die im sich zurückbildenden Gefäß bleibt, fusioniert mit sich selbst und schließt das Gefäß ab. Bei dem als „Self-Fusion“ bezeichneten Prozess breitet sich eine Zelle um das gesamte Gefäß aus. Die dabei aufeinandertreffenden Membranränder dieser Zelle verschmelzen mit sich selbst und verschließen so die Öffnung. So wird sichergestellt, dass bei der Verödung eines Gefäßes kein Loch zurückbleibt, aus dem Blut austreten kann. Es ist das erste Mal, dass das Verschmelzen von Zellen mit sich selbst bei Wirbeltieren beobachtet werden konnte. „Bisher kannte man ein solches Verhalten von Zellen nur bei einfacheren Organismen wie dem Fadenwurm“, erklärt Markus Affolter.

Hohe Plastizität durch „Self-Fusion“

Während der Ausbildung des Blutgefäßnetzwerkes bilden sich immer wieder auch Gefäße, die nur vorrübergehend benötigt werden. Wie bei einem stillgelegten Flussarm eines weit verzweigten Gewässernetzes, durchfließt diese Gefäße kein frisches Blut mehr und der Organismus beginnt mit dem Abbau dieses Seitenarms. Auf diese Weise reguliert sich das Blutgefäßsystem von allein, optimiert seinen Blutfluss, indem überschüssige Gefäße, in denen sich der Blutdurchfluss und damit der Blutdruck verringern, zurückgebildet und deren Zellen recycelt werden. „Dieser neu gefundene Prozess ist für das zelluläre Verständnis vom Auf- und Abbau von Blutgefäßen wichtig, da sich damit einmal mehr die unglaublich große Plastizität und Wandelbarkeit des Blutgefäßsystems erklären lässt“, so Anna Lenard, Erstautorin der Publikation. Die Studie wurde am Zebrafisch durchgeführt, da sich in dem fast durchsichtigen Fisch die Blutgefäßentwicklung mittels moderner Mikroskopiertechniken am lebenden Tier beobachten lässt.

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Blutgefäßsystem des Zebrafisches in der Veränderungsphase. Einige der schmalen, dünnen Gefäße bilden sich zurück, um das Netzwerk zu optimieren. © Biozentrum, Universität Basel

Bedeutung von „Self-Fusion“ bei Krebs

„Wie die Zelle beim Aufeinandertreffen der Membranränder sich selbst erkennt, und dabei nur mit sich und nicht mit anderen, benachbarten Blutgefäßzellen fusioniert, weiß man bislang jedoch noch nicht“, so Markus Affolter. Schon lange liegt der Verdacht nahe, dass jede einzelne Zelle eines Organismus einen eigenen Code hat. „Dieser Prozess könnte diese Theorie teilweise bestätigen“, meint Affolter. Mit seinem Team möchte er nun untersuchen, was beim „Self-Fusion“-Prozess in der Zelle genau passiert. Da Tumoren für ihr Wachstum ein gut ausgebildetes Blutgefäßsytem benötigen, könnte ein besseres Verständnis über die Bildung und Rückbildung des Netzwerkes Möglichkeiten eröffnen, wie sich ein solches System manipulieren ließe.

Originalpublikation:

Endothelial Cell Self-fusion during Vascular Pruning
Anna Lenard et al.; PLoS Biology, doi: 10.1371/journal.pbio.1002126; 2015

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Forschung, Medizin

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