Von Lymphgefäßen ausgehende Blutgefäße sind auf spezifische Funktionen zugeschnitten

Unsere familiäre Herkunft prägt unsere Zukunft in vielerlei Hinsicht. Eine Studie des Weizmann Institute of Science, veröffentlicht heute in Natur, fanden heraus, dass dasselbe für Blutgefäße gilt. Die Forscher entdeckten Blutgefäße, die sich aus unerwarteten Vorläufern gebildet haben, und zeigten weiter, dass dieser ungewöhnliche Ursprung die zukünftige Funktion der Gefäße bestimmt.

„Wir fanden heraus, dass Blutgefäße aus der richtigen Quelle stammen müssen, um richtig zu funktionieren – es ist, als würden sie sich daran erinnern, woher sie kommen“, sagt Teamleiterin Prof. Karina Yaniv.

Blutgefäße, die verschiedene Organe versorgen, unterscheiden sich erheblich von einem zum anderen. Da beispielsweise die Nieren filtrieren, haben ihre Blutgefäßwände kleine Löcher, die den effizienten Durchgang von Substanzen ermöglichen. Im Gehirn sind dieselben Wände nahezu hermetisch und sorgen für eine schützende Blockade, die als Blut-Hirn-Schranke bekannt ist. Blutgefäßwände in der Lunge sind für eine weitere Aufgabe geeignet, nämlich den Gasaustausch zu erleichtern.

Wie solche Unterschiede zwischen verschiedenen Blutgefäßen zustande kommen, ist trotz der lebenswichtigen Bedeutung des Gefäßsystems noch immer kaum verstanden. Bisher war bekannt, dass diese Gefäße aus zwei Quellen stammen – bestehenden Blutgefäßen oder Vorläuferzellen, die reifen und sich differenzieren, um die Gefäßwände zu bilden. In der neuen Studie entdeckte Postdoktorandin Dr. Rudra N. Das, die in Yanivs Labor in der Abteilung für Immunologie und regenerative Biologie arbeitet, dass sich Blutgefäße aus einer bisher unbekannten Quelle entwickeln können: Lymphgefäßen. Diese dritte Sorte wurde in transgenen Zebrafischen nachgewiesen, deren Zellen mit neu etablierten Fluoreszenzmarkern markiert wurden, die eine Rückverfolgung ermöglichen.

„Dass aus Blutgefäßen Lymphgefäße entstehen können, war bekannt, aber wir haben erstmals gezeigt, dass auch der umgekehrte Prozess im Verlauf der normalen Entwicklung und des Wachstums ablaufen kann“, sagt Das. Indem er das Wachstum der Flossen am Körper eines jungen Zebrafisches verfolgte, sah Das, dass die ersten Strukturen, die in einer Flosse auftauchten, Lymphgefäße waren, noch bevor sich die Knochen gebildet hatten. Einige dieser Gefäße verloren daraufhin ihre charakteristischen Merkmale und verwandelten sich in Blutgefäße.

Das erschien unerklärlich verschwenderisch: Warum waren die Blutgefäße in den Flossen nicht einfach aus einem großen Blutgefäß in der Nähe gewachsen? Das und Kollegen lieferten eine Erklärung, indem sie mutierte Zebrafische analysierten, denen Lymphgefäße fehlten. Sie fanden heraus, dass, wenn Lymphgefäße fehlten, die Blutgefäße in den wachsenden Flossen dieser Mutanten sprossen, indem sie sich von bestehenden, nahegelegenen Blutgefäßen verzweigten. Überraschenderweise wuchsen die Flossen in diesem Fall jedoch abnormal, mit missgebildeten Knochen und inneren Blutungen. Ein Vergleich ergab, dass bei den mutierten Fischen übermäßig viele rote Blutkörperchen in die neu gebildeten Blutgefäße in den Flossen eindrangen, während dieser Eintritt bei normalen Fischen mit lymphatischen Blutgefäßen kontrolliert und eingeschränkt war.

Der Mangel an roten Blutkörperchen hat offenbar sauerstoffarme Bedingungen geschaffen, von denen bekannt ist, dass sie einer geordneten Knochenentwicklung zugute kommen. Bei den mutierten Fischen hingegen störte ein Überschuss an roten Blutkörperchen diese Bedingungen, was die beobachteten Anomalien gut erklären könnte. Mit anderen Worten, nur diejenigen Blutgefäße, die aus Lymphgefäßen gereift waren, waren perfekt für ihre spezialisierte Funktion geeignet – in diesem Fall die richtige Entwicklung der Flossen.

Da Zebrafische im Gegensatz zu Säugetieren eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Regeneration der meisten ihrer Organe aufweisen, machten sich Das und seine Kollegen daran, zu untersuchen, wie eine Flosse nach einer Verletzung nachwachsen würde. Sie sahen, dass sich der gesamte Prozess, den sie während der Entwicklung der Flossen beobachtet hatten, während ihrer Regeneration wiederholte – nämlich zuerst wuchsen Lymphgefäße und verwandelten sich erst später in Blutgefäße. „Dieser Befund unterstützt die Idee, dass die Bildung von Blutgefäßen aus verschiedenen Zelltypen kein Zufall ist – sie dienen den Bedürfnissen des Körpers“, sagt Das.

Die Ergebnisse der Studie sind wahrscheinlich auch für andere Wirbeltiere als Zebrafische relevant, einschließlich Menschen. „In früheren Studien hat sich das, was wir bei Fischen entdeckt haben, in der Regel auch für Säugetiere als zutreffend erwiesen“, sagt Yaniv.

Sie fügt hinzu: „Auf einer allgemeineren Ebene haben wir einen Zusammenhang zwischen der ‚Biographie‘ einer Blutgefäßzelle und ihrer Funktion im erwachsenen Organismus nachgewiesen. Wir haben gezeigt, dass die Identität einer Zelle nicht nur durch ihren Ort geprägt wird ‚Wohnsitz‘ oder die Art von Signalen, die es von umgebendem Gewebe empfängt, sondern auch durch die Identität seiner ‚Eltern‘.“

Die Studie könnte zu neuen Forschungspfaden in der Medizin und in Studien zur menschlichen Entwicklung führen. Es könnte zum Beispiel helfen, die Funktion des spezialisierten Gefäßsystems in der menschlichen Plazenta zu klären, das die Etablierung einer sauerstoffarmen Umgebung für die Embryonalentwicklung ermöglicht. Sie könnte auch zur Bekämpfung von Volkskrankheiten beitragen: Herzinfarkte könnten leichter verhindert und behandelt werden, wenn wir die Besonderheiten der Herzkranzgefäße erkennen könnten; neue Therapien könnten entwickelt werden, um Krebs von seiner Blutversorgung zu befreien, wenn wir wissen, wie genau diese Versorgung zustande kommt; und zu wissen, wie die Blutgefäße des Gehirns undurchlässig werden, könnte dazu beitragen, Medikamente effektiver in das Gehirngewebe zu bringen. In einer weiteren entscheidenden Richtung könnten die Erkenntnisse in der Gewebezüchtung Anwendung finden und dazu beitragen, jedes Gewebe mit der Art von Gefäß zu versorgen, die es benötigt.

Yaniv, dessen Labor auf die Erforschung des Lymphsystems spezialisiert ist, fühlt sich besonders bestätigt durch die neue Rolle, die die Studie für Lymphgefäße offenbart hat: „Sie werden normalerweise als schlechte Verwandte von Blutgefäßen angesehen, aber vielleicht ist es genau das Gegenteil. Sie könnten tatsächlich Vorrang haben in vielen Fällen.“