Der weiße Plattwurm Dendrocoeulum lacteum kann eigentlich verlorene Körperteile nicht nachwachsen lassen. Dieser hier aber wurde von den Dresdner Forschern manipuliert – und hat sich innerhalb von 21 Tagen komplett regeneriert. Quelle: MPI-CBG, Dresden
Ein Hase kann es nicht, ein Frosch auch nicht, aber ein Zebrafisch oder Salamander schon und der Plattwurm ist ein wahrer Meister darin: Regenerieren. Warum manche Tierarten verlorene Körperteile oder Organe nachwachsen lassen können, andere hingegen nicht, bleibt gerade im Lichte vom „survival of the fittest“ ein Rätsel. Genau so auch die Frage, ob sich die Fähigkeit zur Regeneration in den Spezies wieder reaktivieren lässt, wo sie vielleicht im Laufe der Evolution verloren gegangen ist. Forscher am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden sind nun einen Schritt weiter im Verständnis der Faktoren, die den Prozess des Nachwachsens regulieren. Sie haben im Plattwurm Dendrocoelum lacteum einen Knotenpunkte entdeckt, der darüber entscheidet, ob ein neuer Kopf regeneriert werden kann oder nicht. Und noch spektakulärer: Sie konnten den Wurm so manipulieren, dass er sein eigentlich verlorenes Regenerationspotential wieder erhielt. Dieser Wurm kann in der hinteren Körperhälfte keinen Kopf regenerieren, so dass die abgeschnittene Schwanzspitze kopflos bleibt und langsam zugrunde geht; nun war es kein Problem mehr und nach 21 Tagen alles vergessen.
Eigentlich arbeitet Jochen Rink, Gruppenleiter am MPI-CBG, in seinem Labor mit dem Plattwurm Schmidtea mediterranea. Dieser Wurm ist für seine erstaunliche Regenerationsfähigkeit bekannt und deshalb ein beliebter Modellorganismus unter Regenerationsforschern weltweit: „Wir können den Plattwurm in 200 Teile zerschneiden, und aus jedem Schnipsel wächst wieder ein neuer Wurm“, ist Rink begeistert. Nun hat er sich aber ausnahmsweise für einen nahen Verwandten seines Laborhaustiers interessiert, für den Plattwurm Dendrocoelum lacteum. Diese Spezies hat ein Problem, nämlich dass sie auf aus dem Schwanzbereich stammenden Stücken keine neuen Köpfe wachsen lassen kann. Was macht den Unterschied aus? Das fragten sich die Forscher um Jochen Rink. Um eine Antwort zu finden, verglichen sie die beiden Wurmverwandten auf der genetischen Ebene.
Eine heiße Spur war dabei das Signalprotein Wnt. Dieser Ligand löst eine Nachrichtenkette aus, an deren Ende das Molekül ß-Catenin steht. Genau dieses Endprodukt der Signalkette haben die Forscher aus Dresden gentechnisch inhibiert und so dem Wurm vorgegaukelt, dass der gesamte Signalweg auf „aus“ geschaltet ist. Das Ergebnis: Selbst der abgeschnittenen Schwanzspitze von Dendrocoelum lacteum wuchs nun ein neuer, voll funktionsfähiger Kopf.
Ein so komplexer Vorgang Regeneration auch ist, sein Defekt ist nicht irreversibel, wie die Experimente gezeigt haben. Für Rink ist vor allem dies die erstaunlichste Erkenntnis: „Wir dachten, wir müssten hunderte Hebel in Bewegung setzen, um Regenerationsfähigkeit entscheidend zu beeinflussen; nun haben wir aber gelernt, dass einige wenige Schaltstellen reichen, an denen man ansetzen muss“. Auf die Frage, ob die neue Erkenntnis auch auf den Menschen anwendbar ist, bremst Rink die Erwartungen: „Es wäre nicht seriös, jetzt Versprechen zu machen, die man dann vielleicht nie halten kann. Doch unsere Experimente haben gezeigt, dass man über Vergleiche zwischen regenerierenden Arten und ihren nicht-regenerierenden Verwandten die genetischen Knotenpunkte identifizieren kann, welche für Regeneration ausschlaggebend sind – das ist ein wichtiger erster Schritt“.
Die Arbeiten führten die Max-Planck-Forscher mit Kollegen vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) durch. Die Ergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift Nature zeitgleich mit den Arbeiten einer amerikanischen und einer japanischen Gruppe, welche jeweils in unterschiedlichen Plattwurmarten, die ebenfalls eigentlich nicht regenerieren können, die zentrale Rolle der Wnt-Signalübertragungskette in Regenerationsdefekten aufzeigen.