Mit etwa der Größe eines Fingernagels kann die Quallenart Cladonema einen amputierten Tentakel in zwei bis drei Tagen regenerieren – aber wie? Die Regeneration von funktionellem Gewebe bei allen Arten, einschließlich Salamandern und Insekten, ist auf die Fähigkeit angewiesen, ein Blastem zu bilden, einen Klumpen undifferenzierter Zellen, der Schäden reparieren und in das fehlende Glied hineinwachsen kann.
Quallen weisen zusammen mit anderen Nesseltieren wie Korallen und Seeanemonen eine hohe Regenerationsfähigkeit auf, doch wie sie das kritische Blastem bilden, blieb bisher ein Rätsel.
Ein in Japan ansässiges Forschungsteam hat herausgefunden, dass stammähnliche proliferative Zellen – die aktiv wachsen und sich teilen, sich aber noch nicht in bestimmte Zelltypen differenzieren – an der Verletzungsstelle auftreten und zur Bildung des Blastems beitragen.
Die Ergebnisse waren veröffentlicht In PLOS-Biologie.
„Wichtig ist, dass sich diese stammartigen proliferativen Zellen im Blastem von den im Tentakel lokalisierten residenten Stammzellen unterscheiden“, sagte der korrespondierende Autor Yuichiro Nakajima, Dozent an der Graduate School of Pharmaceutical Sciences der Universität Tokio. „Reparaturspezifische proliferative Zellen tragen hauptsächlich zum Epithel – der dünnen Außenschicht – des neu gebildeten Tentakels bei.“
Laut Nakajima sind die ansässigen Stammzellen, die in und in der Nähe des Tentakels existieren, für die Erzeugung aller Zelllinien während der Homöostase und Regeneration verantwortlich, was bedeutet, dass sie während des Lebens der Qualle alle benötigten Zellen erhalten und reparieren. Reparaturspezifische proliferative Zellen treten nur zum Zeitpunkt der Verletzung auf.
„Zusammen ermöglichen residente Stammzellen und reparaturspezifische proliferative Zellen eine schnelle Regeneration des funktionellen Tentakels innerhalb weniger Tage“, sagte Nakajima und bemerkte, dass Quallen ihre Tentakel zum Jagen und Fressen nutzen.
Laut Erstautor Sosuke Fujita, einem Postdoktoranden im selben Labor wie Nakajima an der Graduate School of Pharmaceutical Sciences, gibt dieser Befund Aufschluss darüber, wie Forscher verstehen, wie sich die Blastembildung bei verschiedenen Tiergruppen unterscheidet.
„In dieser Studie war es unser Ziel, den Mechanismus der Blastembildung zu untersuchen, indem wir den Tentakel der Nesselqualle Cladonema als regeneratives Modell bei Nicht-Bilateraliern oder Tieren verwendeten, die sich während der Embryonalentwicklung nicht bilateral – oder links-rechts – bilden.“ Fujita erklärte, dass die Arbeit Einblicke aus einer evolutionären Perspektive liefern könnte.
Salamander zum Beispiel sind bilaterale Tiere, die Gliedmaßen regenerieren können. Ihre Gliedmaßen enthalten Stammzellen, die auf bestimmte Zelltypbedürfnisse beschränkt sind, ein Prozess, der offenbar ähnlich abläuft wie die reparaturspezifischen proliferativen Zellen, die bei Quallen beobachtet werden.
„Angesichts der Tatsache, dass reparaturspezifische proliferative Zellen Analogien zu den eingeschränkten Stammzellen in den Gliedmaßen des bilateralen Salamanders sind, können wir vermuten, dass die Blastembildung durch reparaturspezifische proliferative Zellen ein gemeinsames Merkmal ist, das unabhängig voneinander für die Regeneration komplexer Organe und Gliedmaßen während der Tierentwicklung erworben wurde“, so Fujita sagte.
Der zelluläre Ursprung der im Blastem beobachteten reparaturspezifischen proliferativen Zellen bleibt jedoch unklar, und die Forscher sagen, dass die derzeit verfügbaren Werkzeuge zur Untersuchung des Ursprungs zu begrenzt seien, um die Quelle dieser Zellen aufzuklären oder andere, unterschiedliche stammähnliche Zellen zu identifizieren Zellen.
„Es wäre wichtig, genetische Werkzeuge einzuführen, die die Rückverfolgung spezifischer Zelllinien und die Manipulation bei Cladonema ermöglichen“, sagte Nakajima. „Letztendlich kann uns das Verständnis der Blastembildungsmechanismen bei regenerativen Tieren, einschließlich Quallen, dabei helfen, zelluläre und molekulare Komponenten zu identifizieren, die unsere eigenen Regenerationsfähigkeiten verbessern.“
Mehr Informationen:
Sosuke Fujita et al., Deutliche stammähnliche Zellpopulationen erleichtern die funktionelle Regeneration des Cladonema medusa-Tentakels. PLOS-Biologie (2023). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002435