Arm ab, Arm dran

Warum haben wir verlernt, was unsere amphibischen Vorfahren noch können: Körperglieder nach Belieben nachwachsen zu lassen? Britische Forscher sind dem Geheimnis jetzt ein Stück näher gekommen

"Für diesen Film mussten keine Tiere leiden": Der Satz, der in keinem Hollywood-Film-Abspann fehlen darf, hier hat er keinen Platz. Für den Artikel, den ein britisches Forscherteam in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science veröffentlicht hat, mussten einige Grünliche Wassermolche leiden. Wer untersuchen will, wie Notophthalmus viridescens amputierte Glieder wieder wachsen lässt, kann nicht warten, bis ein Exemplar mal zufällig in einen Unterwasser-Verkehrsunfall gerät oder um Haaresbreite von einem Räuber erwischt wird: Der muss dem Tier eines seiner Beine abschneiden.

Immerhin gibt es dabei eine tröstende Tatsache: Dem Molch gelingt es, das weiß man schon lange, das derart gekürzte Glied wieder nachwachsen zu lassen. Dass dieses Phänomen auf uns so faszinierend wirkt, ist klar: Was dem Menschen erst einmal verloren gegangen ist, bekommt er nicht wieder zurück. Der eingeschlagene Zahn, die vom Alkohol abgetöteten Hirnzellen oder der kleine Finger, der in der Kreissäge landete - wir können weder bewusst noch unbewusst, was unsere dummen Vettern aus dem Tierreich nach wie vor spielend beherrschen. Wirbellose Tiere können komplette Körper aus einem Zellhaufen wachsen lassen, Amphibien regenerieren Körperglieder und andere komplexe Strukturen, während sich der Mensch mit unzureichender Prothetik quälen muss. Dem Regenerationsprozess genauer auf die Spur zu kommen, um ihn dereinst nachzuahmen, reizt die Wissenschaft denn auch schon lange.

Wie sich Glieder bei einem erwachsenen Grünlichen Wassermolch (Notophthalmus viridescens) regenerieren - links nach einer Amputation in der Mitte von Speiche und Elle, rechts nach einer Amputation im Oberarmknochen (Humerus). (Bild: Science)

Und sie hat auch schon einiges herausbekommen. Verliert ein Molch einen Teil seines Beins, machen einige seiner Zellen ihre Differenzierung wieder rückgängig. Sie werden freiwillig zu Stammzellen, bewegen sich an die betroffene Stelle und bilden dort einen Zellklumpen, aus dem sich Millimeter für Millimeter ein neues Bein formt. Dabei spielen Nervenzellen offenbar eine entscheidende Rolle. Nerven sind nicht nur dazu da, Informationen zwischen Sensor- und Motorzellen zu transportieren. Parallel zu dem Haufen Stammzellen am Beinstumpf, dem Blastem, regenerieren sich auch die dort "anwesenden" Nervenzellen.

Schon 1823 konnte ein englischer Arzt zeigen, dass das Vorhandensein von Nervenzellen (egal ob motorischen oder sensorischen Typs) für die Regeneration unabdingbar ist. Kürzt man die Nervenverbindungen ein Stück vor dem Beinstumpf, wächst das Glied nicht nach. Warum das so ist, konnte man bisher nur vermuten. Sinnvoll ist es ja: Ein Glied, das nicht von Nerven versorgt wird, wird seinem Besitzer wenig nützlich sein. Die Nervenzellen müssen jedoch weder Neurotransmitter freisetzen, noch müssen sie irgendwelche Impulse übertragen - sie müssen einfach nur da sein.

Doch auf welcher molekularen Basis kommunizieren Nervenzellen und sich regenerierendes Gewebe dann? Dem Londoner Forscherteam ist es nun gelungen, ein Protein zu finden, das diese Aufgabe übernimmt. Dazu folgten sie einem Hinweis, den der sich regenerierende Körper gibt: Das Blastem lässt immer genau die Struktur entstehen, die gerade benötigt wird - und zwar vom Stumpf weg. Am Handgelenk wächst stets eine Hand, kein Oberarm. Doch woher weiß das Blastem, in welche Richtung es sich differenzieren muss?

Dieser Hinweis führte schon früher zur Identifikation eines "Prod 1" genannten Eiweißes, das sich in einem Gradienten am Körperglied bestimmen lässt. Das Blastem muss der von Prod1 gelegten Spur also nur in abnehmender Richtung folgen. Dazu benutzt es ein zweites Protein, das die Wissenschaftler nun in Science identifizierten und "nAG" nannten. Dass nAG so wichtig ist, belegten sie mit einem Versuch: Sie entfernten die Nervenzellen aus dem Beinstumpf - normalerweise dürfte sich nun keine Regeneration vollziehen. Anschließend injizierten sie DNS-Fragmente, die nAG kodierten, und regten danach die Zellen an, diese Fragmente aufzunehmen.

Im Ergebnis konnten diese Zellen dann nAG synthetisieren - und die Regeneration setzte wieder ein. Es entstand ein komplettes Bein - nur ohne Nervenzellen. Die Wissenschaftler hoffen nun, ihre Erkenntnisse dereinst auch auf Säugetiere übertragen zu können. Dazu, meinen sie, müsse man aber erst einmal die Struktur des Blastems besser verstehen, für das es bei Säugetieren kein Gegenstück gibt.

http://www.heise.de/tp/artikel/26/26532/1.html