Eine neue Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt, dass die genetischen und zellulären Mechanismen hinter der Regeneration von Gliedmaßen bei verschiedenen Wirbeltierarten – einschließlich alten Fischen und modernen Salamandern – überraschenderweise konserviert sind. Diese Entdeckung wirft Licht auf die Evolutionsgeschichte der Regeneration und legt nahe, dass die Fähigkeit, verlorene Körperteile nachwachsen zu lassen, eine uralte Eigenschaft ist, die in vielen Abstammungslinien, einschließlich des Menschen, verloren gegangen oder vermindert ist.
Evolutionäre Ursprünge der Regeneration
Forscher unter der Leitung von Igor Schneider von der Louisiana State University konzentrierten sich auf den Senegal-Bichir (Polypterus senegalus ), einen alten Knochenfisch, der in der Lage ist, seine Flossen vollständig zu regenerieren. Diese Art gilt aufgrund ihrer Stellung an der Basis des Stammbaums der Wirbeltiere als „lebendes Fossil“. Durch die Untersuchung der Bichir zusammen mit Axolotls (Salamander, die für die Regeneration ihrer Gliedmaßen bekannt sind) und Zebrafischen (die Flossenspitzen nachwachsen lassen) entdeckte das Team ein gemeinsames zelluläres Spielbuch für das Nachwachsen.
Immunantwort als zentraler Auslöser
Die Studie ergab, dass alle drei Arten die Regeneration durch einen schnellen Zustrom von Immunzellen einleiten. Zunächst dienen diese Zellen der Abwehr von Infektionen, einer normalen Wundreaktion. Bei Bichir und Axolotl reagiert das Immunsystem jedoch schnell, um Entzündungen zu unterdrücken und so die Bildung von Narbengewebe zu verhindern – ein entscheidender Schritt für eine erfolgreiche Regeneration. Narbenbildung hemmt das Nachwachsen; Indem sie es meiden, erhalten diese Tiere die notwendige Zellumgebung für den Gewebeaufbau aufrecht.
Stoffwechselverschiebung für sauerstoffunabhängiges Wachstum
Bei der Wundheilung kommt es häufig zu einer gestörten Durchblutung, was zu Sauerstoffmangel führt. Die Studie ergab, dass alle drei Arten diese Herausforderung meistern, indem sie Stoffwechselwege aktivieren, die nicht auf Sauerstoff angewiesen sind. Dadurch können Zellen auch unter sauerstoffarmen Bedingungen weiterhin Energie und Baustoffe für die Regeneration produzieren.
Unerwartete Rolle der roten Blutkörperchen
Einer der auffälligsten Befunde war der massive Anstieg der roten Blutkörperchen an der Amputationsstelle bei Bichirs und Axolotls – bis zu 20 % aller vorhandenen Zellen, verglichen mit den üblichen 2 %. Im Gegensatz zu menschlichen roten Blutkörperchen, die bei der Reifung ihren Kern verlieren, behalten diese Zellen ihn, was eine erhöhte Genaktivität ermöglicht. Die Forscher vermuten, dass diese kernhaltigen roten Blutkörperchen Signale an andere Zellen senden und so den Regenerationsprozess weiter koordinieren.
Implikationen für die Humanmedizin
Die bei diesen entfernt verwandten Arten beobachteten gemeinsamen Mechanismen legen nahe, dass die Fähigkeit zur Regeneration von Gliedmaßen tief in der Evolution der Wirbeltiere verwurzelt ist. Während der Mensch diese Fähigkeit weitgehend verloren hat, könnte das Verständnis der zugrunde liegenden genetischen und zellulären Signalwege künftige Bemühungen in der regenerativen Medizin beeinflussen. Die Studie betont, dass der Schlüssel zur Regeneration von Gliedmaßen nicht unbedingt in der Entdeckung völlig neuer Gene liegt, sondern in der Wiederbelebung oder Umnutzung alter, konservierter Pfade, die bereits in unseren eigenen Genomen existieren.
Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Schritt zur Entschlüsselung der Geheimnisse der Regeneration dar. Weitere Untersuchungen dieser Mechanismen könnten letztlich zeigen, ob Menschen eines Tages die Fähigkeit wiedererlangen könnten, verlorene Gliedmaßen nachwachsen zu lassen.
