Eine Frage der Balance

Forscher zeigen, dass asymmetrische Teilungen entscheidend für die Bildung einer funktionsfähigen Netzhaut sind.

Die korrekte Bildung der verschiedenen Neuronentypen in der Zebrafisch-Retina, hier mit unterschiedlichen Farben markiert, wird durch asymmetrische Zellteilungen gewährleistet. © Nerli et al. / MPI-CBG

Forscher des Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) in Portugal und des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden haben entdeckt, dass in der sich entwickelnden Netzhaut, einem wichtigen Teil des zentralen Nervensystems, die Teilungen, die zu den ersten differenzierenden Neuronen führen, asymmetrisch sind. Diese Asymmetrien sind notwendig, um die richtigen Arten von Neuronen in der richtigen Anzahl und Proportion zu erzeugen. Die in der Fachzeitschrift eLife veröffentlichte Studie ist die erste, die über diese Asymmetrie und die ihr zugrunde liegenden molekularen Prozesse berichtet. Sie eröffnet neue Wege zum Verständnis, wie das komplexe Gehirn seine Architektur und Funktion entwickelt.

Das Ausbalancieren von Vermehrung und Differenzierung in einem sich entwickelnden Organ ist komplex, besonders wenn diese beiden Prozesse gleichzeitig am selben Ort stattfinden. Die Netzhaut ist eine wichtige Schnittstelle zwischen dem Körper und der Außenwelt: Sie sitzt im hinteren Teil unserer Augen und empfängt und verschlüsselt alle visuellen Informationen, damit unser Gehirn Bilder kontinuierlich verarbeiten kann. „Um diese Funktion zu erfüllen, benötigt die Netzhaut ein präzises Gleichgewicht verschiedener Arten von Neuronen, die in mehreren miteinander verbundenen Schichten organisiert sind und jeweils den visuellen Input empfangen, bündeln oder filtern“, erklärt Elisa Nerli, Erstautorin der Studie und Forscherin am Instituto Gulbenkian de Ciência. „Die Bildung der verschiedenen Neuronen in der richtigen Anzahl und zu richtigen Anteilen wird letztlich durch das Gleichgewicht von Zellvermehrung und -differenzierung während der Entwicklung gewährleistet.“

Bei der Untersuchung der Entwicklung der Zebrafisch-Netzhaut entdeckte das Team um Caren Norden, Forschungsgruppenleiterin am Instituto Gulbenkian de Ciência und MPI-CBG Alumnus, dass dieses Gleichgewicht von asymmetrischen Teilungen der Vorläuferzellen auf ihrem Weg zur Bildung funktioneller Neuronen abhängig ist. „Wir haben außerdem herausgefunden“, so Nerli weiter, „dass die molekulare Regulation dieses Prozesses auf dem Notch-Signalweg beruht, da dessen Hemmung die Teilungsasymmetrie stört. Wir konnten beobachten, dass Notch während der Zellteilung asymmetrisch verteilt ist. Die Zelle, die den Notch-Signalweg übernimmt, vermehrt sich weiter, während die andere Zelle in eine neurogene Linie übergeht.“

Diese Studie eröffnet neue Perspektiven darauf, wie zelluläre Entscheidungen der Vermehrung oder Differenzierung die Entwicklung des Nervensystems regulieren können. Es ist wichtig zu verstehen, wie das Gleichgewicht zwischen diesen Prozessen bestimmt und aufrechterhalten wird. Damit kann auch die normale und defekte Gehirnentwicklung besser verstanden werden.

Diese Studie wurde hauptsächlich am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden durchgeführt und am IGC abgeschlossen. Sie wurde durch den ERC Consolidator Grant (H2020 ERC-2018-CoG-81904) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (NO 1068/5-1) gefördert.

Originalpublikation

Elisa Nerli, Mauricio Rocha-Martins and Caren Norden: Asymmetric neurogenic commitment of retinal progenitors involves Notch through the endocytic pathway. eLife. 03. November 2020. doi: 10.7554/eLife.60462