Siamesische Zwillinge: Warum das Herz rechts schlägt

Hohenheim/Heidelberg – Sie teilen sich einen Körper und sind doch oft das genaue Gegenteil voneinander – zumindest im Inneren. Bisher ungelöst war die Frage, warum bei jedem zweiten rechtsseitigen siamesischen Zwilling die inneren Organe spiegelver­kehrt angelegt sind. Entwicklungsbiologen der Universität Hohenheim und Heidelberg fanden heraus, dass ein Protein im Embryo des linken Zwillings verantwortlich ist. Es veranlasst die Organverteilung in beiden Körpern. Die Ergebnisse, die eines der ältesten Rätsel der experimentellen Entwicklungsbiologie lösen, wurden in Current Biology publi­ziert (2017; doi: 10.1016/j.cub.2016.12.049).

Das Herz schlägt links – mit Ausnahme von einigen siamesischen Zwillingen. Im Körper des rechten Zwillings von Paaren, die an Brust oder Bauch zusammengewachsen sind, schlägt das Herz bei jedem zweiten rechts und auch die inneren Organe des rechten Zwillings sind spiegelverkehrt angeordnet.

Bei Wirbeltieren und Menschen werden die Weichen für diese Entwicklung bereits im Alter von wenigen Tagen bis Wochen gestellt. Drei Asymmetrie-Gene sorgen in diesem Stadium dafür, dass sich das Herz mit der Spitze nach links ausrichtet und sich auch die inneren Organe asymmetrisch ausbilden. In den ersten Tagen nach der Befruchtung werden diese Gene noch von einem Protein blockiert. Der Embryo entwickelt sich per­fekt symmetrisch. Doch bereits nach wenigen Tagen vollzieht sich im Embryo eine ganze Kette von Ereignissen, die diese Genbremse in den Zellen der linken Körper­hälfte lösen.

„In der Folge wandert das Herz nach links, die Leber nach rechts, die Herzkammern werden unterschiedlich ausgebildet. Wird die Proteinbremse jedoch nicht gelöst, dann bleiben die Asymmetrie-Gene unterdrückt. Als Ergebnis müssen sich die Organe dann zufällig anordnen“, erklärt Autor Martin Blum. „Bei 50 Prozent der betroffenen Lebe­wesen sitzen sie am gewohnten Platz. Bei den anderen 50 Prozent auf der entgegenge­setzten Körperseite.“

Cilien geben den Anstoß zur Asymmetrie
An wenige Tage alten Froschembryonen konnte Blum mit seinem Team in vorange­gan­ge­nen Forschungsprojekten nachvollziehen, wie eine vier- bis sechsstündige Ereignis­kaskade die Proteinbremse löst. Verantwortlich dafür sind Cilien: Winzige Härchen auf der Oberfläche bestimmter Zellen in dem Bereich des Embryos, aus dem sich später der Darm entwickelt.

Die Cilien sind so angeordnet, dass sie sich wie Propeller im Kreis bewegen. Dabei ver­ur­sachen sie einen Flüssigkeitsstrom, der sich außerhalb dieser Darmzellen von rechts nach links bewegt. Links des Cilienfeldes gibt der anbrandende Flüssigkeitsstrom den Zellen das Signal, die Proteinbremse zu lösen. Rechts des Cilienfeldes fehlt das Signal: Die Proteinbremse bleibt intakt.

Auf diese Weise gib der Flüssigkeitsstrom den Startschuss für die asymmetrische Aus­prägung der Organe. „Das ist wie ein Dominoeffekt: von da an nicht mehr zu bremsen“, verdeutlicht Blum.

Linker Zwilling blockiert die Entwicklung des rechten Zwillings
Die gleiche Ereigniskaskade findet auch bei siamesischen Zwillingen statt. Beim rechten und linken Zwilling geben die Cilien gleichermaßen das Signal zum Aussetzen dieses Inhibitor-Proteins. Während das beim linken Zwilling auch geschieht, hat der rechte jedoch ein Problem: Seine linke Körperhälfte überlappt sich mit dem rechten Bereich beim linken Zwilling.

Hier wird das Bremsprotein jedoch nicht gelöst, sondern strahlt sogar noch auf den rechten Zwilling aus. Die Folge: Beim rechten Zwilling werden die Asymmetrie-Gene nicht aktiviert, die Organe entwickeln sich zufällig – und bei jedem zweiten rechtsseitigen Zwilling spiegelverkehrt.

Erfolgskonzept der Asymmetrie

Bei der Asymmetrie handelt es sich um eine der ältesten Erfindungen der Evolu­tion. Kein höheres Leben existiert ohne Asymmetrie, auch wenn es mit einer kugelrunden, perfekt-symmetrischen Zelle beginnt. Erst der Bruch mit der Spiegelachse ermöglicht den Menschen die höhere Daseinsform. Die Asymmetrie sorgt dafür, dass sich das Herz asymme­trisch entwickelt, mit unterschiedlich großen Kammern und zwei Blutkreisläufen für Lunge und Körper. Im Gehirn übernehmen beide Hälften unterschiedliche Aufgaben. „Ohne Asymmetrie hätten wir in der linken Hirnhälfte kein Sprachzentrum – und wären damit keine Menschen“, sagt Blum.

gie/idw