Nur die Fittesten überleben: Tödlicher Konkurrenzkampf der Zellen

Der von Charles Darwin für die Evolutionstheorie aufgegriffene Ausdruck «survival of the fittest» gilt auch für Zellen - und zwar tatsächlich im Sinne von «Fitness». So werden in der Maus schon früh in der Embryonalentwicklung Zellen mit Defekten in den Zellkraftwerken aussortiert.

Das Wichtigste in Kürze

Das zeigen Wiener Forscher im Fachblatt «Nature Metabolism».

Demnach fallen diesem physiologischen Reinigungsprozess bis am sechsten Tag der Embryonalentwicklung bis zu 35 Prozent der Zellen zum Opfer.

In den Kraftwerken der Zellen (Mitochondrien) entstehen durch Stoffwechselvorgänge vermehrt schädliche oxidative Radikale. Dadurch sind die eigenen Gene der Mitochondrien einer erhöhten Mutationsrate ausgesetzt. Im Konkurrenzkampf mit gesunden Zellen werden Zellen mit Mutationen und dadurch reduzierter Fitness zum programmierten Zelltod (Apoptose) gedrängt.

Thomas Kolbe vom Department für Agrarbiotechnologie der Universität für Bodenkultur (Boku) und seine Kollegen haben in der Arbeit untersucht, wie das bei frühen Mausembryonen für bestimmte Zellen festgelegt und dann durchgeführt wird. Dabei fiel den Forschern auf, dass zum Untergang bestimmte Zellen häufig Fehler bei der Proteinsynthese mitochondrialer Gene aufwiesen und auch andere wichtige Gene deutlich herauf- oder herunterreguliert waren. Es erfolgt dann eine Stress-Reaktion, die andere Gene aktiviert oder deaktiviert und damit letztendlich zum selbstinduzierten Tod der Zelle führt.

Aber selbst zwischen embryonalen Zellen, die keine pathologische Veränderung zeigen, besteht heftige Konkurrenz: Zellen mit einer leistungsfähigeren Variante der Mitochondrien-DNA - die Zellkraftwerke besitzen ihr eigenes Erbgut - haben einen Vorteil und drängen Zellen mit anderen Varianten in den kontrollierten Zelltod.

«Zellkonkurrenz führt schon im frühen Embryo zur gezielten Eliminierung von Zellen, deren Mitochondrien Defekte aufweisen oder auch nur einfach weniger leistungsfähig sind, mit dem Ziel einen gesunden und vitalen Organismus zu bilden», wird Kolbe in einer Mitteilung zitiert.

Bei Mäusen werden bis zum sechsten Tag der Embryonalentwicklung bis zu 35 Prozent der Epiblastzellen eliminiert. Aus den Epiblasten entstehen während der Gastrulation die drei Keimblätter. Für die Wissenschaftler ist diese Zellkonkurrenz «eine reinigende Selektion ist, die die mitochondriale Leistung vor der Gastrulation optimiert». Zellen, deren Fitness nicht den hohen Anforderungen eines gesunden Organismus entsprechen, werden aussortiert.