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Embryonal­entwicklung: Muss der „Lebensanfang“ neu definiert werden?

Freitag, 13. Juli 2018

3D-Bild zweier Spindelapparate (grün), die von den Centrosomen (pink) aus organisiert werden, in einer Zygote einer Maus. gelb = Kietochor; blau = DNA /Cartasiova Hoissan Reichmann Ellenberg, EMBL
3-D-Bild zweier Spindelapparate (grün), die von den Centrosomen (pink) aus organisiert werden, in einer Zygote einer Maus. gelb = Kietochor; blau = DNA /Cartasiova Hoissan Reichmann Ellenberg, EMBL

Heidelberg – Lange dachte man, dass bei der 1. embryonalen Zellteilung nur eine Spindel für die Auftrennung der Chromosomen in 2 Zellen verantwortlich ist. Tatsächlich sind es aber 2 Spindeln, eine für jeden elterlichen Chromosomensatz. Die genetischen Informationen beider Elternteile bleiben somit während der 1. Teilung noch getrennt. Die Entdecker vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg gehen davon aus, dass Biologielehrbücher nun umgeschrieben werden müssen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Science (2018; doi: 10.1126/science.aar7462).

Die Beobachtung machten die EMBL-Forscher bei einer gerade befruchteten Eizelle von Mäusen mit der von ihnen entwickelten Lichtscheibenmikroskopie. Mithilfe dieses Verfahrens lassen sich die frühen Entwicklungsstadien, in denen Embryonen sehr lichtempfindlich sind und durch herkömmliche lichtmikroskopische Methoden geschädigt würden, in Echtzeit und 3-D beobachten.

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Wir wussten bereits, dass bei einfacheren Organismen wie Insekten zwei Spindeln gebildet werden, hätten aber niemals vermutet, dass dies auch bei Säugetieren wie Mäusen der Fall ist. Jan Ellenberg, EMBL

Die Bildung dieser Doppelspindel könnte die hohe Fehlerrate in den frühen Entwicklungsstadien während der ersten Zellteilungen von Säugetieren erklären. „Ziel dieses Projekts war es, herauszufinden, warum bei diesen ersten Teilungen so viele Fehler passieren“, sagt Jan Ellenberg, der Gruppenleiter am EMBL, der das Projekt leitete. „Wir wussten bereits, dass bei einfacheren Organismen wie Insekten 2 Spindeln gebildet werden, hätten aber niemals vermutet, dass dies auch bei Säugetieren wie Mäusen der Fall ist. Dieses Ergebnis war eine große Überraschung.“

/youtube,EMBL

Weniger überrascht scheint hingegen Michele Boiani, Leiter der Arbeitsgruppe „Mouse Embryology“ vom Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Biomedizin in Münster: „Es wurde bereits im Jahr 2005 an Mäusen gezeigt, dass sich die Chromosomen des mütterlichen und väterlichen Vorkerns in der entstehenden Spindel nicht miteinander mischen. Die jetzt veröffentlichte Studie liefert jedoch eine mechanistische Erklärung.“ Die Schlussfolgerung, dass Lehrbücher umgeschrieben werden müssen, hält er für voreilig. Sicher sei aber, dass die Beobachtungen einen sehr wichtigen Beitrag zum Verständnis der Entstehung von Genommutation, bei der zu viele oder zu wenige Chromosomen vorliegen (Aneuploidien) leisten: multiple Spindeln, die bei der Vereinigung gescheitert sind.

Unterschied Maus-Mensch

Die Ergebnisse des Mausmodells können nicht einfach auf die menschliche Zygote übertragen werden. Die Nagetiere haben einige zytologische Besonderheiten: Normalerweise bringt bei einer Befruchtung das Spermium ein paar Zentriolen mit in die Eizelle – nicht aber bei Nagern. Deswegen bilden sich bei der ersten mitotischen Teilung mikrotubuliorganisierende Zentren. Die Zentriolen entstehen bei der Entwicklung von Mäusen und anderen Nagern erst später.

Auch Ellenberg und sein Team gehen davon aus, dass die Doppelspindeln die häufigen Fehler bei den ersten Teilun­gen von Säugetierembryonen erklären könnten. Diese Fehler können dazu führen, dass die Entwicklung in mehr­kernigen Zellen abgebrochen wird.

„Es gilt nun herauszufinden, ob dieser Prozess beim Menschen genauso ab­läuft. Dadurch könnte man Informa­tionen für die Forschung erhalten, zum Beispiel für die Behandlung der Unfrucht­barkeit beim Menschen“, sagt Ellenberg.

Auswirkung auf die Gesetzgebung nicht ausgeschlossen

Darüber hinaus könnten die Erkenntnisse sich nach Ansicht der EMBL-Forscher auf die Gesetzgebung auswirken. Nach der Rechtsauffassung in einigen Ländern beginnt das menschliche Leben – und damit sein Schutz – mit der Verschmelzung des mütterlichen und des väterlichen Zellkerns nach der Befruchtung. Sollte die Doppelspindelbildung beim Menschen gleichermaßen wie bei der Maus ablaufen, wäre diese Definition nicht mehr ganz richtig. Die Kernverschmelzung findet dann nämlich erst nach der ersten Zellteilung statt.

Immerhin ist der Prozess der Kernverschmelzung von Ei- und Samenzelle komplexer, als dies bei Abfassung des Gesetzes angenommen wurde. Hille Haker, Loyola University in Chicago

Hille Haker, Inhaberin des Richard-McCormick-Lehrstuhls für Moraltheologie an der Loyola University in Chicago ist überzeugt, dass eine Präzisierung der Begrifflichkeit bezüglich der Entwicklung des menschlichen Embryos beinahe zwangsläufig erfolgen muss. „Immerhin ist der Prozess der Kernverschmelzung von Ei- und Samenzelle komplexer, als dies bei Abfassung des Gesetzes angenommen wurde.“ Für die Forschung sei die präzise Beantwortung, wann genau der Schutz des menschlichen Lebens beginnt, aber unmittelbar relevant, weil ein Verstoß dagegen strafrechtliche Folgen hat.

Eine Diskussion über den Anfang des embryonalen Lebens zu entfachen, hält Boiani hingegen für übereilt: „Jetzt wissen wir, dass auch die Chromosomen der maternalen und paternalen Vorkerne ihre Zeit brauchen, um sich miteinander zu mischen. Heißt das, dass das embryonale Leben später anfängt? Nein. Biologisch gesehen fängt das embryonale Leben mit der Befruchtung an“, betont der MPI-Forscher. © gie/aerzteblatt.de

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