Identifizierung und Charakterisierung von neuen Genen für die ...
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Allgemeine Embryogenese Die Embryonalentwicklung beginnt nach der Befruchtung der Eizelle von einem Spermium mit der Furchung, in der sich die Eizelle schrittweise in kleinere Furchungszellen (Blastomeren) aufteilt. Über ein Morula-Stadium (lockerer Zellhaufen; Morula) bildet sich durch Auseinanderweichen der Zellen eine Blastula (Blasenkeim), bei Säugern die Blastocyste. Durch Einstülpung der Blastulawand an einer Stelle (Invagination) oder durch Delamination und andere Prozesse entsteht der zunächst zweischichtige Becherkeim (Gastrula). Seine Organisationsstufe entspricht derjenigen der Hohltiere. Abbildung 1: Die ersten Entwicklungsstadien: Eizelle, Morula, Blastula bzw. Blastocyste. Die Blastocyste nistet sich bei Säugetieren in der Gebärmutter ein. Ein Teil ihrer Zellmasse bildet über den Trophoblasten den Kontakt zum mütterlichen Gewebe aus und vermittelt die Nährstoffversorgung des Embryos. - 10 - Bei den Bilateria wird der Keim im Laufe der Gastrulation dreischichtig. Die Bildung der 3 Keimblätter kann bei verschiedenen Tiergruppen über unterschiedliche Mechanismen erfolgen: Invagination (Einstülpung), Immigration (Gastrulation), Delamination (Ausbildung zweier übereinander liegender Zellschichten aus einer Schicht durch Teilung von Zellen parallel zur Schichtebene und Auswanderung der Zellen) sowie Epibolie (Wortstamm = Bedeckung, Umwachsen einer Zellschicht). Spektrum Lexikon der Biologie 2005 Aus der äußersten Zellschicht der Blastocyste entwickelt sich die äußere Embryonalhülle (Chorion). Im Embryonalknoten entsteht die Amnionhöhle, die den Embryo mit stoßdämpfender und eiweißreicher Flüssigkeit umhüllt. Auf die Ausbildung der Keimblätter folgt die Organogenese, in der sich die einzelnen Organanlagen absondern und ausformen (z.B. Neurulation).
- 11 - Gehirnentwicklung und Genese des cerebralen Cortex Die Neurulation ist ein Formbildungsvorgang im Anschluss an die Gastrulation im Chordatenkeim, der die Anlage des Zentralnervensystems liefert. Dabei entsteht das Neuralrohr. Chordatiere sind dabei diejenigen Tiere (Manteltiere, Lanzettfische, Schädeltiere), die zeitlebens oder während eines bestimmten Abschnittes ihrer Ontogenese eine Chorda dorsalis besitzen. Chordatiere (oder Wirbeltiere) unterscheiden sich grundsätzlich von Wirbellosen in der Lage von Nervensystem und Herz (z.B. Bauchmark der Insekten versus Rückenmark). Das Nervensystem der Chordaten besteht stets aus einem über der Chorda dorsalis gelegenen Zentralnervensystem (ZNS) und einem peripheren Nervensystem (PNS), das von dort in den Körper ausstrahlt. Im PNS können mehr oder weniger selbständige Nervennetze in der Haut oder in den inneren Organen vorkommen. Das ZNS der Chordaten lässt sich in Gehirn und Rückenmark untergliedern. Es entsteht ontogenetisch aus einem besonderen Bezirk im Ektoderm, der sich durch Induktion aus dem Chorda-Mesoderm verdickt und eine Neuralplatte bildet, die sich durch Abfaltung (Neurulation) aus dem oberflächlichen Ektoderm in die Tiefe verlagert sowie U-förmig aufwölbt, so dass sich die Neuralrinne bildet. Durch Schließen entsteht das Neuralrohr, wodurch das ZNS der Chordaten (Neuralrohr) innere Hohlräume (Ventrikelsystem) enthält. In diesen Hohlräumen findet sich eine wasserhelle Flüssigkeit, die Cerebrospinalflüssigkeit, darüber hinaus enthalten sie einen Proteinfaden (Reissner-Faden, Subcommissuralorgan), der im Gehirn erzeugt wird und der den Zentralkanal des Rückenmarks durchspannt. Genetische Faktoren für die Identität und Ausbildung von Neuroektoderm aus dem Ektoderm sind Fgf (Fibrobalst Growth Factor)-Proteine und Bmp (Bone Morphogenetic Protein)-Antagonismus (Streit, Berliner et al. 2000). Bei der größten Gruppe der Schädeltiere (den Vertebrata, zu denen auch der Mensch gehört) wird die Chorda dorsalis im Laufe der Ontogenese durch die Wirbelsäule ersetzt, so dass bei ihnen auch das Rückenmark in eine knorpelige oder knöcherne Hülle eingeschlossen ist. Das Rückenmark behält zeitlebens die Grundgestalt eines Rohrs bei allerdings verdicken sich seine Wände gegenüber denen des Neuralrohrs mächtig und sein zentraler Ventrikelraum - der Zentralkanal - kann vollständig verschlossen werden, so etwa beim Menschen. Die Anlage des Gehirns am Vorderende des Neuralrohrs ist zunächst ebenfalls mehr oder weniger rohrförmig allerdings vor der Spitze der Chorda dorsalis scharf nach ventral abgeknickt (Mittelhirnbeuge). Das Neuralrohr des späteren Hirnbereichs erweitert sich rasch und entwickelt Einschnürungen und Auftreibungen, die als die Hirnbläschen bezeichnet werden. Die zunächst zweiblasige (Archencephalon und Deuterencephalon), in der Mittelhirnbeuge geknickte Gehirnanlage wandelt sich dabei sukzessive über drei (Prosencephalon, Mesencephalon, Rhombencephalon) schließlich zu fünf (Telencephalon, Diencephalon, Mesencephalon, Metencephalon, Myelencephalon) blasenartigen Hirnabschnitten (Telencephalon, Diencephalon, Mesencephalon, Metencephalon, Myelencephalon) um. So bildet sich ein mehr oder weniger gestrecktes Gehirn. Jeder dieser Hirnabschnitte besteht seinerseits aus einer verschiedenen Zahl von Unterabschnitten (Neuromere), die genetisch spezifiziert sind (Hox-Gene). Im Zuge der Bildung dieser fünf großen Abschnitte wird die ursprünglich rohrförmige Gestalt des Gehirns stark verändert, indem verschiedene Hirngebiete unterschiedlich schnell an Volumen zunehmen. An vielen Stellen der ursprünglich rohrförmigen Gehirnanlage ergeben sich so Ausstülpungen (Evaginationen), Einstülpungen (Invaginationen) und Verdrehungen (Rotationen) des Wandmaterials des Neuralrohrs. Genetische Faktoren für die anteriore Identität von Neuralrohrabschnitten zur Bildung des Gehirnes sind der sekretorische Faktor Cerberus und Otx2. Das Ausschalten dieser Gene führt zum Verlust von Gehirn- und Kopfstrukturen (Bouwmeester, Kim et al. 1996). Die relativen Größen und Differenzierungen der einzelnen Abschnitte in den erwachsenen Gehirnen variieren beträchtlich. Die kompliziert gestalteten inneren Hohlräume (Ventrikelsystem), die sich aus dem
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Allgemeine Embryogenese<br />
Die Embryonalentwicklung beginnt nach der<br />
Befruchtung der Eizelle <strong>von</strong> einem Spermium<br />
mit der Furchung, in der sich <strong>die</strong> Eizelle<br />
schrittweise in kleinere Furchungszellen (Blastomeren)<br />
aufteilt. Über ein Morula-Stadium<br />
(lockerer Zellhaufen; Morula) bildet sich<br />
durch Auseinanderweichen der Zellen eine<br />
Blastula (Blasenkeim), bei Säugern <strong>die</strong> Blastocyste.<br />
Durch Einstülpung der Blastulawand<br />
an einer Stelle (Invagination) oder durch Delamination<br />
<strong>und</strong> andere Prozesse entsteht der<br />
zunächst zweischichtige Becherkeim (Gastrula).<br />
Seine Organisationsstufe entspricht<br />
derjenigen der Hohltiere.<br />
Abbildung 1: Die ersten Entwicklungssta<strong>die</strong>n:<br />
Eizelle, Morula, Blastula bzw. Blastocyste.<br />
Die Blastocyste nistet<br />
sich bei Säugetieren in<br />
der Gebärmutter ein. Ein<br />
Teil ihrer Zellmasse bildet<br />
über den Trophoblasten<br />
den Kontakt zum<br />
mütterlichen Gewebe aus<br />
<strong>und</strong> vermittelt <strong>die</strong> Nährstoffversorgung<br />
des Embryos.<br />
- 10 -<br />
Bei den Bilateria wird der Keim im Laufe der<br />
Gastrulation dreischichtig. Die Bildung der 3<br />
Keimblätter kann bei verschiedenen Tiergruppen<br />
über unterschiedliche Mechanismen<br />
erfolgen: Invagination (Einstülpung), Immigration<br />
(Gastrulation), Delamination (Ausbildung<br />
zweier übereinander liegender Zellschichten<br />
aus einer Schicht durch Teilung <strong>von</strong><br />
Zellen parallel zur Schichtebene <strong>und</strong> Auswanderung<br />
der Zellen) sowie Epibolie (Wortstamm<br />
= Bedeckung, Umwachsen einer<br />
Zellschicht).<br />
Spektrum Lexikon der Biologie 2005<br />
Aus der äußersten Zellschicht der Blastocyste entwickelt sich <strong>die</strong> äußere Embryonalhülle (Chorion). Im<br />
Embryonalknoten entsteht <strong>die</strong> Amnionhöhle, <strong>die</strong> den Embryo mit stoßdämpfender <strong>und</strong> eiweißreicher<br />
Flüssigkeit umhüllt.<br />
Auf <strong>die</strong> Ausbildung der Keimblätter folgt <strong>die</strong> Organogenese, in der sich <strong>die</strong> einzelnen Organanlagen<br />
absondern <strong>und</strong> ausformen (z.B. Neurulation).
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