Forschungsprojekte

Die For­schungs­projekte der Prosektur Anatomie be­fas­sen sich schwer­punkt­mäßig mit der Frage, welche Bedeu­tung program­mierter Zell­tod für die Früh­ent­wicklung des Ner­ven­­sys­tems von Säuge­­tieren hat. Die Un­ter­­su­chun­­gen werden an Labor­mäusen, aber auch an Schnitt­serien der Pri­ma­ten-nahen Tu­paia belangeri durch­ge­führt.

Ungeachtet der Tat­sache, dass physiologisch auftretende Häufungen abge­stor­bener Zellen seit mehr als hun­dert Jahren in verschie­denen Organ­an­lagen junger Em­bryo­nen beobachtet worden sind, besteht noch heute in vielen Fällen Un­klar­heit da­rüber, welche Funk­tionen solche "programmiert" auftretenden Zell­­tod­­er­eig­nis­se tat­säch­lich ha­ben und wie sie reguliert werden.

Unsere in der Göt­tinger Ana­tomie gegründete AG Neuro­embryo­logie hat sich zunächst mit der Frage auseinandergesetzt, mit welchen Methoden die schnell ablau­fenden und daher in kom­plex aufgebauten Organ­an­lagen schwierig zu fassenden Apopto­­se­­er­­eig­nis­se zuverläs­sig analysiert werden können.

Zu diesem Zweck haben wir in Kooperation mit der TU Chemnitz und der Firma Zeiss ein hochauflösendes Scan- und Rekonstruk­tions­system etabliert, mit dessen Hilfe wi­der­­sprüch­li­che An­ga­ben über den Ablauf von Apopto­se­er­eig­nissen relativiert und neu­ar­ti­ge, zeitlich- und räum­liche gerichtet auftretende Apopto­se­mus­ter aufgedeckt wer­den konn­ten (DFG: KN 525/1-1, KN 525/1-2, BR 1185/4-1).

Beispiels­weise stellte sich heraus, dass vermeintlich isoliert im Augen­bläschen auf­tre­ten­de Apoptose­er­eignisse in Wirk­lich­keit Teil eines weit ausgedehnteren Prozesses sind, der im Extrem­fall das gesamte Vorder­hirn einschließlich beider Augen­anlagen bi­la­­te­­ral-sym­metrisch erfasst.

3D-Rekonstruktion von Apop­to­se­ereignissen (rot) im Vor­­derhirn und in den Au­gen­an­la­gen ei­nes Tu­paia-Embryos.

Anschließend konnten wir nach­weisen, dass Apopto­se­er­eignis­se im seg­men­tier­ten Rhomb­en­ce­pha­lon von Säuge­tier­en nicht sta­tis­tisch ge­streut, sondern seg­ment­­spe­zi­fisch auftreten.

3D-Rekonstruktion von Apoptose­er­eig­nis­sen (rot) im Rhombencephalon eines Tu­paia-Em­bryos; Grenzen der Rhom­­bo­me­re 2 - 6 durch gestrichelte Li­ni­en her­­vor­­ge­­ho­­ben; blau: Schwär­­me mi­­grie­­ren­der Neu­ral­leis­ten­zel­len.

Desweiteren haben wir durch 3D-Rekon­struk­tionen heraus­gefunden, dass Apop­to­se­­er­­eig­nis­se dorsale und ventrale Schlüsselpositionen des Rückenmarks wäh­rend der Neu­ru­la­tion nicht nur einmal, son­dern mehr­­fach in zeitversetzten Wellen durch­­lau­­fen - eine Beobach­tung, die auch wider­sprüch­liche experi­men­tel­le Befunde über den Beitrag von Zell­tod zum Neu­ral­­rohr­ver­schluss er­klä­ren könn­te.

3D-Rekonstruktion des Rückenmarks eines Tupaia-Embryos; links: ent­ste­hen­de Spi­nalnerven (gelb), migrierende Neuralleistenzellschwärme (blau); rechts: Mo­ment­auf­nah­me zwei­er "Wel­len" von Apop­to­se­ereignissen (rot), die die dor­sale Mit­­tel­­li­nie des Rüc­ken­­marks durch­laufen.

Aktuell steht die Entwicklung der Plakoden im Vorder­grund unserer For­schungs­­in­te­res­sen. Pla­ko­den leiten sich - wie das Neural­rohr und die Neural­leisten­zellen - vom Ek­to­­derm ab und sind vorübergehend als fleck­för­mige Ver­­dickungen im Kopf-Hals-Über­gangs­bereich sichtbar. Aus ihnen gehen über­wie­gend Ner­ven­­zel­­len des pe­ri­phe­ren Ner­ven­sys­tems, zusätz­lich aber bei­spiels­weise auch die Augen­lin­se her­­vor.

3D-Rekonstruktion von Plakoden im Ober­­flä­chen­ek­to­derm; gelb: neu­ro­ge­ne Epi­­bran­­chi­al­­­pla­­ko­den.


Interessanter­weise ent­ste­hen Plakoden nicht isoliert an ih­ren defini­tiven Positio­nen, son­dern stam­men allesamt von einem zusammenhängenden, weit aus­­ge­­­dehn­­­te­­ren An­­­la­­ge­­­ge­­biet ab, das das Vorder­ende des Em­bryos huf­­ei­sen­­för­­mig um­­gibt.

Panplakodales Primordium eines Maus­em­bryos: Neu­ral­­plat­­te (NP) und Neural­leis­te (NL) wer­den huf­ei­sen­för­mig vom pan­­pla­­ko­­da­len Pri­­mor­­dium (PP, blau, Ex­pres­si­on von Six1) um­ge­ben. Die­ses ent­hält be­reits die An­la­gen von Ohr- und Epi­­bran­­chi­­al­­pla­­ko­­den (gelb, Ex­pres­si­on von Pax2).


Wir konn­ten nachweisen, dass Apoptoseereignisse sowohl bei Tupaia als auch bei Mäu­sen mas­siv zur Um­wandlung dieses pan­pla­ko­da­len Pri­­mor­di­ums zu in­­di­­­vi­­­du­­el­­len Pla­ko­­den bei­tra­gen.

Apoptoseereignisse (rot) unterstützen die Herausbildung von drei Epi­bran­chi­al­pla­ko­den (1 - 3) sowie der Ohr­pla­kode (op) aus kau­da­len Ab­schnit­ten des pan­pla­ko­da­len Pri­mor­di­ums (Li­nie) von 8,5 bis 9,5 Ta­ge al­ten Maus­em­bryo­nen; blau: Neu­ro­blas­ten ex­pri­mie­ren Neu­ro­ge­nin2.

Jetzt wollen wir unter Einsatz verschie­dener genetisch veränderter Maus­mo­delle her­aus­­­fin­­den, wel­che Zellen des panplakodalen Primor­diums bzw. der bereits struk­tu­rell in­di­vi­du­a­li­sier­ten Plakoden durch Apop­tose eliminiert werden, welche Fak­to­ren die­se Apop­to­­se­­prozesse regulieren und wie sich die experi­men­telle Un­ter­­drüc­kung der be­o­­bach­­te­ten Apoptoseprozesse auf die Mor­pho­ge­nese der Plakoden auswirkt. Wei­te­re ex­pe­ri­­men­­tel­le An­sätze gehen der Frage nach, ob Vor­läu­fer­zellen inner­halb des Pla­­ko­­den­­­pri­­mor­­di­ums von Säugetieren migrations­fähig sind und wie das Aus­wan­dern von Neuro­blasten aus den definitiven Pla­ko­den von­statten geht.