Transmembrane aminopeptidase Q (Taqpep) is a common mechanism in the establishment of periodic patterning in skin and intestine

Stellen Sie sich Ihren Körper als eine geschäftige Stadt vor. In dieser Stadt gibt es zwei sehr unterschiedliche Stadtteile: die Haut, die wie ein flacher, weitläufiger Park ist, in dem Bäume (Haarfollikel) in einem perfekten, gleichmäßig verteilten Raster gepflanzt werden müssen, und den Darm, der ein langer, gewundener Tunnel ist, in dem die Sicherheitskräfte (Nervenzellen) in ordentlichen, rhythmischen Reihen stehen müssen, um den Verkehr reibungslos am Fließen zu halten.

Lange Zeit dachten Wissenschaftler, dass der „Bauleiter“, der die Bäume im Haut-Park organisiert, eine völlig andere Person sei als derjenste, der die Sicherheitskräfte im Darm-Tunnel aufstellt. Aber diese neue Studie deutet darauf an, dass sie tatsächlich derselbe Bauleiter sein könnten, und sein Name ist Taqpep.

Der „fleckige Kater“-Hinweis

Die Geschichte beginnt mit Katzen. Sie haben bestimmt schon einmal eine getigerte Katze mit ordentlichen, wirbelnden Streifen gesehen. Aber manche Katzen haben ein „fleckiges“ oder „marmoriertes“ Fell, bei dem die Streifen unordentlich, geklumpt oder ganz verschwunden sind. Wissenschaftler entdeckten, dass diese Katzen eine defekte Version des Taqpep-Gens besitzen. Es stellt sich heraus, dass Taqpep der Chef ist, der der Haut sagt: „Okay, die Streifen kommen hierhin und der Platz ist dort.“

Die große Frage war: Taucht derselbe Chef auch auf, um die Nervenzellen im Darm zu organisieren, oder ist das ein völlig anderer Job?

Die Detektivarbeit: Den Bauleiter finden

Die Forscher, angeführt von einem Team am Stanford, beschlossen, Detektiv im Körper einer Maus zu spielen. Sie wollten sehen, ob Taqpep zur richtigen Zeit am richtigen Ort in der Maus-Darmwand präsent ist, um den Darm zu organisieren.

Sie fanden heraus, dass Taqpep tatsächlich im sich entwickelnden Maus-Darm vorhanden ist. Aber hier ist die Wendung: Es befindet sich nicht in den Nervenzellen selbst. Stattdessen lebt es in der Serosa, einer dünnen, äußeren Hüllschicht, die die Darmröhre umschließt. Man kann es sich wie einen Bauleiter vorstellen, der auf dem Gerüst außerhalb eines Gebäudes steht und Anweisungen an die Arbeiter im Inneren ruft.

Entscheidend ist, dass Taqpep in dieser äußeren Schicht erscheint, kurz bevor die Nervenstreifen beginnen, sich zu bilden. Es ist genau in dem Moment da, in dem der „Bauplan“ für die Streifen gezeichnet wird.

Das Experiment: Den Bauleiter ausschalten

Um zu sehen, ob dieser Bauleiter tatsächlich notwendig war, nutzten die Wissenschaftler ein Werkzeug namens CRISPR, um eine „defekte“ Version des Trcpep-Gems in Mäusen zu erzeugen. Sie erschufen Mäuse, die überhaupt kein funktionstüchtiges Taqpep produzieren konnten.

Was geschah mit der Haut?
Genau wie die fleckigen Katzen hatten die mutierten Mäuse ein misslungenes Haarfollikel-Muster. Anstatt ordentlicher, gleichmäßig verteilter Punkte waren die frühen Haar-Knospen verklumpt, unregelmäßig groß und ungleichmäßig verteilt. Das Paper bestätigt, dass ohne Taqpep das Muster der Haut aus dem Ruder läuft.

Was geschah mit dem Darm?
Dies war die große Entdeckung. In den mutierten Mäusen waren auch die Nervenstreifen im Darm gestört.

• Die gute Nachricht: Die Gesamtzahl der Nervenzellen änderte sich nicht. Die „Sicherheitskräfte“ waren alle noch da.
• Die schlechte Nachricht: Ihr Abstand war chaotisch. Bei normalen Mäusen ist der Abstand zwischen den Nervenstreifen sehr konsistent (meist zwischen 200 und 300 Mikrometern). In den mutierten Mäusen waren die Streifen entweder zu dicht zusammengedrängt (weniger als 100 Mikrometer) oder viel zu weit voneinander entfernt (mehr als 400 Mikrometer).

Das Paper schließt explizit aus, dass die Mäuse andere größere Probleme hatten. Ihre Därme waren genauso lang wie die der normalen Mäuse, und die Muskelwände hatten die gleiche Dicke. Das Einzige, was „kaputt“ war, war das Muster der Nerven.

Wie funktioniert das? (Die Wnt-Verbindung)

Wie also sagt ein Protein auf der Außenseite des Darms den Nerven im Inneren, wo sie stehen sollen? Das Paper legt nahe, dass es über ein chemisches Signal namens Wnt funktioniert.

Stellen Sie sich Wnt wie ein „Bleib weg“- oder „Komm her“-Signal vor, das durch das Gewebe wellt. In normalen Mäusen hilft Taqpep dabei, diese Wellen zu managen, damit sie einen perfekten Rhythmus bilden. In den mutierten Mäusen fanden die Autoren heraus, dass die Nervenzellen zu stark auf diese Wnt-Signale reagierten. Die Autoren vermuten, dass ohne Taqpep, das die Signale in Schach hält, die Wellen chaotisch werden, was dazu führt, dass sich die Nervenstreifen zusammenballen oder wahllos auseinanderdriften.

Was dies bedeutet (und was es nicht bedeutet)

Das Paper kommt zu dem Schluss, dass Taqpep ein „gemeinsamer und konservierter Vermittler“ ist. Das bedeutet, es ist ein universelles Werkzeug, das die Natur nutzt, um Muster zu erzeugen, egal ob es sich um Fell auf einer Katze, Haare auf einer Maus oder Nerven in einem Darm handelt.

Die Autoren sind jedoch vorsichtig und merken ein paar Dinge an:

• Sie kennen den exakten Mechanismus nicht: Sie legen nahe, dass Taqpep wie eine Schere wirken könnte, die die Wnt-Signale zerschneidet, um zu kontrollieren, wie weit sie wandern, aber sie haben noch nicht bewiesen, wie genau es schneidet.
• Die Form spielt eine Rolle: Das Paper erklärt, dass die Haut flach ist (2D), wesso der das Muster wie ein Raster aus Punkten aussieht. Der Darm ist ein Rohr (1D), weshalb das Muster wie Streifen aussieht. Derselbe defekte Bauleiter verursacht unterschiedliche Arten von Chaos, weil die „Baustelle“ eine andere Form hat.
• Es ist noch keine Heilung: Obwohl das Muster einer Erkrankung namens Morbus Hirschsprung (bei der Teile des Darms keine Nerven aufweisen) ähnelt, behauptet das Paper nicht, dass dies eine neue Behandlung ist oder dass diese Mäuse an dieser Krankheit leiden. Es sagt lediglich, dass die „Skip-Läsionen“ (Lücken im Muster) ähnlich aussehen.

Zusammenfassend lässt diese Studie darauf schließen, dass dasselbe Gen, Taqpep, als Meister-Organisator für Muster sowohl in der Haut als auch im Darm fungiert, indem es wahrscheinlich die Lautstärke chemischer Signale reguliert. Wenn das Gen defekt ist, bricht der Rhythmus zusammen, und die wunderschönen Muster des Körpers verwandeln sich in ein chaotisches Durcheinander.