Die Entwicklung eines Embryos erfordert, dass neue Zellen mit bestimmten Identitäten und Funktionen produziert werden. Wie aber kann ein wachsendes Gewebe die verschiedenen Zellarten im richtigen Verhältnis zuerst bilden und dann erhalten? In einer Studie, die in der heutigen Ausgabe von Science, erscheint, beschäftigen sich Kicheva et al. mit dieser seit langem bestehenden Frage.

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass während zwei getrennter Phasen der Rückenmarksentwicklung verschiedene Mechanismen angewendet werden. Anfangs bilden sogenannte Morphogen-Gradienten – Signale mit großer Reichweite, die das Gewebe in Domänen mit unterschiedlichen Zelltypen teilen – das Muster und die Verhältnisse der verschiedenen Zelltypen. Während der zweiten Phase wird das Wachstum dieser Domänen durch die Geschwindigkeit, mit der sich die Vorläuferzellen zu Neuronen differenzieren, kontrolliert. Diese Regulierung der Differenzierungsrate scheint für die Verhältnisse der Domänen verantwortlich zu sein und ermöglicht Größenveränderungen.

Erstautor Anna Kicheva: „Die Verwendung quantitativer Methoden ermöglichte es uns, als erste zu messen, wie sich die Anzahl jeder Art neuronaler Vorgängerzellen im Rückenmark während der Embryonalentwicklung verändert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Verhältnisse der verschiedenen Zelltypen durch unterschiedliche Mechanismen zu unterschiedlichen Zeitpunkten kontrolliert werden, und dass die Differenzierungsrate eine Schlüsselrolle spielt, um das endgültige Muster zu erklären.“

James Briscoe: „Diese Studie bringt neue Einblicke in die seit langem bestehende Frage, wie das Wachstum mit der Erzeugung verschiedener Zelltypen in sich entwickelnden Gewebe koordiniert ist. Es ist wahrscheinlich, dass ähnliche Strategien in der Entwicklung anderer Gewebearten angewendet werden. Unsere Ergebnisse könnten für diese Fälle relevant sein und Information für das Tissue Engineering liefern.“

Tobias Bollenbach: „Diese Arbeit behandelt, wie die Verhältnisse verschiedener Zellarten während der Tierentwicklung entstehen und verwendet dafür das Rückenmark als Modellsystem. Langfristig gesehen werden quantitative experimentelle Studien dieser Art in Kombination mit theoretischer Modellierung und statistischer Analyse helfen, die zellulären Mechanismen der Musterbildung in Geweben während der Entwicklung zu erklären.“