Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in Zusammenarbeit mit dem Uniklinikum Erlangen (UKER) haben bahnbrechende Erkenntnisse zur Organbildung von Zebrafischen gewonnen. Diese Forschungsarbeit, die im renommierten Journal „Cell Communication and Signaling“ veröffentlicht wurde, beleuchtet die entscheidende Rolle von extrazellulären Vesikeln (EVs) während der Embryonalentwicklung in den ersten 72 Stunden nach der Befruchtung.
Die Dynamik der EVs wurde über einen Zeitraum von vier Tagen beobachtet. EVs sind von Zellmembranen umschlossene Nanopartikel, die vital wichtige Botenstoffe wie Proteine und Messenger-RNA transportieren. In diesem Zusammenhang unterteilen sich die EVs in zwei Haupttypen: smallEVs und largeEVs, die sich in ihrer Größe, Entstehung und Funktionalität unterscheiden und jeweils wesentliche Funktionen innerhalb des zellulären Kommunikationssystems erfüllen.
Forschungsergebnisse und Methodik
Die Forschungsgruppe untersuchte Zebrafischlarven 24, 48, 72 und 96 Stunden nach Befruchtung auf das Vorhandensein von EVs. Dabei verwendeten sie verschiedene präzise Analysemethoden, darunter Durchflusszytometrie, Transmissionselektronenmikroskopie, Nanopartikel-Tracking-Analyse und Western Blot. Die Ergebnisse der Studie sind eindeutig: In den ersten 72 Stunden stieg die Gesamtzahl der EVs signifikant an, obwohl das Längenwachstum der Larven nicht im gleichen Maße zunahm. Dies weist darauf hin, dass EVs eine Schlüsselrolle während der Organogenese des Zebrafisches spielen.
Ein weiteres bedeutendes Ergebnis war die Zunahme der durchschnittlichen Größe der smallEVs, was auf eine höhere Transportkapazität dieser Vesikel hinweist. Diese Beobachtungen sind der Ausgangspunkt für eine tiefere Analyse der spezifischen Funktionen der EVs, die das Team fortsetzen möchte. 2023 wurde zudem die Initiative „EV – Erlangen Vesicles“ gegründet, um lokale Expertise zu bündeln und gemeinschaftliche Forschungskonzepte in diesem Bereich zu entwickeln.
Die Bedeutung extrazellulärer Vesikel
Extravelluläre Vesikel spielen eine zentrale Rolle in der zellulären Kommunikation. Laut Trillium haben diese Vesikel wie Exosomen, Mikrovesikel und apoptotische Körperchen die Fähigkeit, molekulare Informationen zu transportieren. Während Exosomen meist etwa 0,1 µm im Durchmesser messen, können Mikrovesikel bis zu 1 µm groß sein. Sie entstehen durch unterschiedliche mechanistische Prozesse: Mikrovesikel durch Ausstülpung der Zellmembran und Exosomen durch die Einstülpung von Endosomen.
Diese Vesikel sind nicht nur für den Austausch von RNA und Proteinen wichtig, sondern reflektieren auch den aktuellen Zustand der Genexpression in Zellen. Veränderungen in der Genexpression können durch unterschiedliche physiologische Zustände wie Differenzierung, Entzündung oder maligne Entartung verursacht werden. Besonders faszinierend ist, dass vesikuläre RNA, wie miRNAs, in der Lage sind, die Genexpression zu hemmen und somit eine regulative Funktion übernehmen können. Dies kommt insbesondere in Onkologie-Anwendungen zugute, wo Tumorspezifische Proteine in Vesikeln als potenzielle Biomarker diagnostisch genutzt werden können.
Die Untersuchung von extrazellulären Vesikeln hat sich von anfänglichen deskriptiven Studien hin zu molekularbiologischen Techniken weiterentwickelt, wobei analytische Herausforderungen bezüglich Nachweisempfindlichkeit und Vermeidung von Verunreinigungen bestehen bleiben. Die erste Publikation zu diesen Strukturen geht auf das Jahr 1956 zurück, als multivesikuläre Strukturen in Tumorzellen entdeckt wurden.
Die Ergebnisse der aktuellen Studie aus Erlangen tragen dazu bei, das komplexe Bild der Zellkommunikation während der embryonalen Entwicklung weiter zu erhellen und die potenzielle Anwendung von EVs in der Diagnostik zu verbessern. Die Forschung bleibt dynamisch und spannend, während die Wissenschaftler weiterhin die vielfältigen Funktionen dieser Nanopartikel erkunden.
Mehr Informationen zu dieser Studie finden Sie auf der Webseite der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sowie auf Trillium.