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Dienstag, 17.10.2017
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Rätsel um spiegelverkehrte Organe gelöst

Protein ist schuld an verkehrter Symmetrie bei siamesischen Zwillingen

Seitenverkehrte Organe: Forscher haben herausgefunden, warum bei siamesischen Zwillingen die Organe oft spiegelverkehrt angeordnet sind – und warum dies nur beim jeweils rechten Zwilling vorkommt. Wie sie im Fachmagazin "Current Biology" berichten, liegt der Fehler in einem Protein, das die für die richtige Körpersymmetrie zuständigen Gene in diesen Fällen blockiert.
Gespiegelt: Bei vielen siamesischen Zwillingen hat das rechte Kind Herz und innere Organe seitenverkehrt.

Gespiegelt: Bei vielen siamesischen Zwillingen hat das rechte Kind Herz und innere Organe seitenverkehrt.

Das Herz schlägt links: So ist das bei den meisten Menschen. Doch es gibt auch Ausnahmen, Menschen, bei denen die inneren Organe spiegelverkehrt angeordnet sind. Dies ist bei Menschen mit dem sogenannten Kartagener-Syndrom der Fall, aber auch bei siamesischen Zwillingen, die an Brust oder Bauch zusammengewachsen sind. In jedem zweiten Fall sind bei einem der beiden Kinder alle inneren Organe spiegelverkehrt angeordnet. Warum das so ist, darüber grübeln Entwicklungsphysiologen schon seit mehr als hundert Jahren.

Drei Gene sorgen für Asymmetrie


Jetzt haben Mathias Tisler von der Universität Hohenheim und seine Kollegen das Geheimnis dieser gespiegelten Symmetrie gelöst. Für ihre Studie hatten sie die Entwicklung von Krallenfrosch-Eiern kurz nach der Befruchtung so manipuliert, dass siamesische Zwillinge entstanden. An den Eiern konnte die Forscher so messen und beobachten, was in den entscheidenden ersten Tagen der Embryonalentwicklung geschieht.

Dabei zeigte sich: Wenige Tage nach der Befruchtung werden bereits die Weichen für die Körpersymmetrie gestellt. Drei Asymmetrie-Gene sorgen normalerweise dafür, dass sich das Herz mit der Spitze nach links ausrichtet und auch die inneren Organe asymmetrisch ausbilden. "In der Folge wandert das Herz nach links, die Leber nach rechts, die Herzkammern werden unterschiedlich ausgebildet", erklärt Seniorautor Martin Blum von der Universität Hohenheim.


Proteinbremse ist entscheidend


Damit diese drei Genen aktiv werden können, muss jedoch erst eine "Bremse" gelöst werden: Ein Protein blockiert ihre Aktivität in den allerersten Tagen nach der Befruchtung. Um sie zu lösen ist eine vier- bis sechsstündige Ereigniskaskade nötig, wie die Forscher herausfanden. Die strudelnde Bewegung von winzigen Cilien führt letztlich dazu, dass das Bremsprotein auf der linken Körperseite abschaltet, rechts bleibt es aktiv.

Auf diese Weise gibt der Flüssigkeitsstrom im Embryo den Startschuss für die asymmetrische Ausprägung der Organe. "Das ist wie ein Domino-Effekt: von da an nicht mehr zu bremsen", verdeutlicht Blum.

Blockade beim rechten Zwilling


Bei siamesischen Zwillingen jedoch funktioniert dieser Ablauf nicht richtig: Zwar geben die Cilien in beiden Embryos das Strudelsignal zum Abschalten, beim rechten Zwilling gibt es dabei jedoch Probleme: Seine linke Körperhälfte überlappt sich mit dem rechten Bereich beim angewachsenen Geschwisterkind. Dadurch wird dort die Proteinbremse nicht gelöst.

Die Folge: Beim rechten Zwilling werden die Asymmetrie-Gene nicht aktiviert, die Organe entwickeln sich zufällig – und bei jedem zweiten rechtsseitigen Zwilling eben spiegelverkehrt. Eine solche Fehlfunktion der Proteinbremse kann jedoch auch bei Nichtzwillingen auftreten, wenn die Cilien im Embryo defekt sind. Statistisch treten solche Fälle bei einem von rund 1.000 Neugeborenen auf, unter anderem beim Kartagener-Syndrom.

"Die Folgen reichen von Herzfehlern bis zum Fehlen der Milz", erklärt Blum. "Auch eine häufige Nierenerkrankung des Menschen, das Zystennierensyndrom, lässt sich auf Defekte in der Cilien-Funktion eines Gens zurückführen, das im frühen Embryo die Asymmetrie steuert." (Current Biology, 2017; doi: 10.1016/j.cub.2016.12.049)
(Universität Hohenheim, 14.02.2017 - NPO)
 
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