SdWSBMH0217

Wie breiten sich laut diesem Modell Richtungssignale in
einer Zellgruppe aus? Angenommen, in einer einlagigen
Zellschicht sind die Proteine für planare Polarität in jeder
einzelnen Zelle mehr oder weniger zufällig verteilt. Nun
fügt man an der linken Seite eine neue Reihe von Zellen an,
in denen sich die Van­Gogh­Proteine links und die Frizzled­
Proteine rechts aufhalten. Dann würden die Frizzled­Mole­
küle in der neuen Zellreihe die bis dahin zufällig verteilten
Van­Gogh­Proteine in der nächsten Reihe nach links ziehen
(siehe »Gegensätzliche Pole«, unten).

In der zweiten Reihe würde sich Frizzled daraufhin auf
der rechten Seite der Zellen anreichern, weit weg vom
sich links sammelnden Van Gogh. Die Frizzled­Proteine
der zweiten Zellreihe würden dann ihrerseits die Van­
Gogh­Moleküle der benachbarten dritten Reihe anziehen.
Auf diese Weise könnte sich das asymmetrische Ver­
teilungsmuster der Gewebepolaritätsproteine von einer

Reihe zur nächsten durch die gesamte Zellschicht fort­

pflanzen.

Das Modell sagt insbesondere voraus, dass die asym­

metrische Verteilung der Proteine sehr stabil sein sollte:

Tanzt eine Zelle aus der Reihe, indem sich die Polaritäts­

proteine in ihr nicht richtig verteilen, bringen Signale ihrer

Nachbarn auf beiden Seiten sie wieder auf Kurs.

Angeregt durch die Experimente von Gubb und Adler

mit Drosophila suchten andere Wissenschaftler wie

Jeremy Nathans auch bei Wirbeltieren nach Genen für

planare Polarität. Ihre Experimente und nachfolgende

umfangreiche Genomsequenzierungen brachten überall im

Tierreich bemerkenswert ähnliche Polaritätsgene ans Licht.

Bei Pflanzen scheint es hingegen keine derartigen Gene zu

geben. Die hübschen Muster vieler Blüten und anderer

Pflanzenorgane dürften also durch völlig andere Polaritäts­

systeme entstehen.

Säugetiere besitzen aus bisher ungeklärten Gründen

mehrere Versionen jedes Polaritätsgens von Drosophila.

Beim Menschen und anderen Säugern gibt es zum Bei­

spiel drei starry-night-Gene, Taufliegen besitzen nur eines.

Auch die Gene frizzled und dishevelled liegen jeweils in

mehreren Kopien vor.

Nathans versucht herauszufinden, wie das System der

planaren Polarität bei Säugetieren im Detail funktioniert.

Als geeigneter Ausgangspunkt erwiesen sich wiederum

verschiedene Strukturen der Haut, etwa die Haare. An­

JEN CHRISTIANSEN / SCIENTIFIC AMERICAN MÄRZ 2016

Gegensätzliche Pole

Magnete lagern sich so zusammen, dass entgegenge­

setzte Pole (hier: rot und blau) sich anziehen, während

gleiche Pole sich abstoßen. Etwas Ähnliches könnte

sich in Epithelzellen abspielen, die typischerweise eine

Einzelzellschicht bilden. Einige Orientierungsproteine

stoßen einander ab, wenn sie sich in derselben Zelle

befinden, und ziehen sich an, wenn sie in benachbar­

ten Zellen vorkommen (ganz rechts). Solche negativen

und positiven Interaktionen lassen die unten darge­

stellten blauen und roten Bereiche entstehen.

Da die Proteine sich von einer Reihe zur nächsten

abwechselnd abstoßen und anziehen, breitet sich das

asymmetrische Muster aus, bis die gesamte Zell­

schicht polarisiert ist.

Ausbreitung des Polaritätsmusters mit der Zeit

Epithelzellschicht

Polarität

in Magneten

Polarität

in Epithelzellen

Proteine in der­

selben Zelle

stoßen sich ab

Proteine in be­

nachbarten Zellen

ziehen sich an

Die hübschen Muster vieler Blüten

und anderer Pflanzenorgane

dürften durch völlig andere Polari-

tätsgene entstehen