Die Regeneration der Gliedmaßenmuskulatur erfordert Metamorphose und Körperwachstum

Unbekannt für Passanten lebt und brütet ein bescheidenes kleines Wesen mit erstaunlichen Fähigkeiten in den Wäldern und Reisfeldern Japans. Jetzt haben Forscher aus Japan entdeckt, wie die Superkräfte dieser Amphibien entfesselt werden.

In einer diesen Monat veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Berichtehaben Forscher der Universität Tsukuba gezeigt, dass während der Gliedmaßenregeneration bei Molchen zwei Entwicklungsprozesse – Metamorphose und Körperwachstum – erforderlich sind, um die richtigen Bedingungen für die Wiedereinsetzung von Muskelzellen in den Gliedmaßenstumpf zu schaffen.

Molche, die eine semiaquatische Art von Salamander sind, sind wie die meisten anderen Amphibien darin, dass sie eine Metamorphose durchlaufen. Aber im Gegensatz zu ihren Verwandten sind Molche zu einer wiederholten Gliedmaßenregeneration fähig – selbst im Erwachsenenstadium, nachdem sie eine Metamorphose durchlaufen haben. Bei einigen Molcharten regenerieren Individuen, die sich bereits verwandelt haben, Muskeln durch Dedifferenzierung oder Neuprogrammierung von Muskelfasern im Gliedmaßenstumpf und Mobilisierung dieser Fasern, um Muskeln in der regenerierenden Extremität zu erzeugen.

„Im Gegensatz zur Zelldifferenzierung, bei der Zellen spezialisierter werden, ist die Zell-Dedifferenzierung ein Prozess, durch den sie weniger spezialisiert werden“, sagt der leitende Autor der Studie, Professor Chikafumi Chiba. „Vor unserer Studie war nicht bekannt, ob die Metamorphose oder das Körperwachstum der entscheidende Entwicklungsprozess für die Muskelentdifferenzierung war.“

Die Forscher untersuchten die Dedifferenzierung von Muskelzellen beim Japanischen Rotbauchmolch, Cynops Pyrrhogaster, indem Muskelfasern während der Gliedmaßenregeneration verfolgt wurden, während Körperwachstum und Metamorphose experimentell verzögert oder vorangetrieben wurden. Die Ergebnisse legen nahe, dass sowohl Metamorphose als auch Körperwachstum für die Muskeldifferenzierung erforderlich sind.

Umgekehrt, als Molchlarvenmuskeln mit einem physiologisch aktiven Schilddrüsenhormon kultiviert wurden, zeigte die Verfolgung der Muskelfasern, dass diese Fasern unabhängig von Körperwachstum und Metamorphose dedifferenzieren können. Diese Ergebnisse zeigen, dass Molchmuskelfasern eine inhärente Fähigkeit zur Dedifferenzierung haben, dass aber sowohl Körperwachstum als auch Metamorphose erforderlich sind, damit die Fasern diese geheime Fähigkeit aktivieren können.

„Wir vermuten, dass die entwicklungsbedingten Veränderungen in der extrazellulären Umgebung oder Nische die Aktivität myogener Stammzellen hemmen – Zellen, die sich zu Muskelfasern differenzieren können – und die latente Fähigkeit der Muskelfasern zur Dedifferenzierung fördern. Auf diese Weise werden die Stammzellen kompensiert denn durch Dedifferenzierung können Molche während ihres gesamten Lebenszyklus Gliedmaßenmuskeln regenerieren“, sagt Professor Chiba.

Die Ergebnisse dieser Studie bilden eine wichtige Grundlage für die zukünftige Erforschung extrazellulärer Umgebungen sowie der molekularen Mechanismen der Dedifferenzierung, wie z. B. der Genregulation, die diesem Phänomen zugrunde liegt. Diese Forschung wird auch zu einem tieferen Verständnis der Regeneration und möglicherweise sogar zu potenziellen zukünftigen medizinischen Behandlungen wie neuen Therapien für Krankheiten und Muskelschäden beitragen.