Sauerstoff beeinflusst Regeneration von Gliedmassen
Salamander oder Kaulquappen von Fröschen können ganze Gliedmassen regenerieren – eine Fähigkeit, die Säugetieren fehlt. Eine Studie der ETH Lausanne (EPFL) zeigt nun, dass dabei der Sauerstoff eine entscheidende Rolle spielt.
Die Arbeiten wurden von einem Team unter der Leitung von Can Aztekin an der EPFL durchgeführt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Science» veröffentlicht, wie die Hochschule am Dienstag mitteilte.
Amphibien verfügen über ähnliche Gene wie Säugetiere. Unklar war bislang jedoch, ob Gewebe von Säugetieren grundsätzlich Programme zur Gliedmassenregeneration aktivieren könnte – und was dies verhindert.
Die EPFL-Studie liefert nun neue Hinweise. Die Forschenden amputierten sich entwickelnde Gliedmassen bei Kaulquappen und Mäuseembryonen und kultivierten diese ausserhalb des Organismus unter verschiedenen Sauerstoffbedingungen.
Eine reduzierte Sauerstoffkonzentration hatte deutliche Auswirkungen auf die Gliedmassen der Mäuseembryonen, wie die EPFL festhält. Bei niedrigem Sauerstoffgehalt schlossen sich die Wunden schneller, und die Zellen «zeigten Anzeichen für den Start eines Regenerationsprogramms».
Im Fokus stand auch das Protein HIF1A, das als zellulärer Sauerstoffsensor wirkt. Bei niedrigem Sauerstoff stabilisiert sich HIF1A und aktiviert Programme zur Wundheilung und Regeneration.
Die Forschenden stabilisierten dieses Protein gezielt in ihren Experimenten mit Mäuseembryonen. Der Effekt war derselbe: Die Wunden schlossen sich schneller – selbst bei hohem Sauerstoffgehalt.
Die Gliedmassen von Kaulquappen regenerierten sich effizient über ein breites Spektrum an Sauerstoffwerten, auch bei Konzentrationen deutlich über jenen der normalen Luft, wie die EPFL schreibt.
Dies hängt mit der Aktivität von HIF1A in den Zellen der Kaulquappen zusammen. Das Protein bleibt auch bei steigendem Sauerstoff stabil, da Gene, die diesen Mechanismus normalerweise hemmen, weniger stark ausgeprägt sind.
Zusammengefasst verfügen regenerationsfähige Amphibien über eine geringere Fähigkeit, Sauerstoff zu erkennen, «was es ermöglicht, Regenerationsprogramme zu starten und aufrechtzuerhalten». Bei Säugetieren ist es umgekehrt.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gliedmassen von Säugetieren in einem frühen Entwicklungsstadium ein «latentes Regenerationspotenzial» besitzen. Eine gezielte Steuerung der Sauerstoffwahrnehmung könnte künftig die Wundheilung verbessern.
Die EPFL betont jedoch, dass bei Säugetieren lediglich Regenerationsmechanismen aktiviert werden – nicht aber ein vollständiges Nachwachsen einer ausgebildeten Gliedmasse. Eine solche Entwicklung «ist nicht für morgen zu erwarten», heisst es.
