Forschende der Universität Wien haben einen zentralen Mechanismus entdeckt, der es Seeanemonen ermöglicht, aus ungeordneten Zellhaufen wieder einen vollständig aufgebauten Organismus zu bilden. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass der sogenannte Notch-Signalweg die Organisation von Geweben und die Ausbildung der Körperachse steuert. Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die grundlegenden Regeln biologischer Selbstorganisation und könnten dazu beitragen, besser zu verstehen, wie Gewebe entstehen, organisiert werden und sich nach Störungen regenerieren.
Die Entwicklung von Tieren folgt genetischen Programmen, die die Bildung von Zellen, Geweben und Körperstrukturen steuern. Gleichzeitig sind diese Prozesse erstaunlich robust: Viele Organismen können selbst nach erheblichen Störungen ihre geordnete Körperorganisation wiederherstellen. Wie diese Fähigkeit zur Selbstorganisation molekular gesteuert wird, ist bislang nur teilweise verstanden.
Über die Studie
Das Forschungsteam um Ulrich Technau, Fakultät für Lebenswissenschaften an der Universität Wien, untersuchte, wie Zellaggregate der Seeanemone Nematostella vectensis nach ihrer Trennung wieder einen vollständigen Organismus bilden. Trotz ihres einfachen Körperbaus besitzen Seeanemonen Entwicklungsgene und -mechanismen, die auch bei anderen Tieren vorkommen. Zu diesen evolutionär konservierten Mechanismen gehört auch der Notch-Delta-Signalweg, ein Kommunikationssystem zwischen benachbarten Zellen, das im Mittelpunkt der Studie stand.
Ein einzelner Signalweg koordiniert die Entstehung von Geweben und Körperachse
Werden Seeanemonen-Zellen voneinander getrennt und anschließend wieder zusammengeführt, entsteht innerhalb weniger Tage erneut ein vollständig aufgebauter Organismus. Dabei werden Körperachse und Gewebeschichten in der korrekten räumlichen Anordnung wiederhergestellt – reproduzierbar und ohne Zugabe zusätzlicher Wachstumsfaktoren. Erstautor Sanjay Narayanaswamy konnte zeigen, dass der Notch-Signalweg für diesen Prozess entscheidend ist. Er sorgt dafür, dass sich Zellen korrekt sortieren und unterschiedliche Gewebetypen voneinander abgrenzen. Wird der Signalweg experimentell blockiert, gelingt diese Organisation nicht mehr. Gleichzeitig steuert Notch auch die Ausbildung der Körperachse.
Zusammenspiel zentraler Entwicklungsprogramme
Weitere Experimente zeigten, dass der Notch-Signalweg eng mit dem Wnt-Signalweg zusammenarbeitet, der ebenfalls eine zentrale Rolle bei der Achsenbildung und Körperentwicklung hat. Das Zusammenspiel solcher Netzwerke ermöglicht es biologischen Systemen, auch nach erheblichen Störungen wieder geordnete Strukturen auszubilden.
Relevanz über die Seeanemone hinaus
Die Fähigkeit von Zellen, sich selbst zu organisieren, ist grundlegend für die Bildung und Regeneration von Geweben. Da Notch- und Wnt-Signalwege auch bei vielen anderen Tieren und Menschen vorkommen, reichen die Erkenntnisse über die Biologie der Seeanemone hinaus. "Unser Ziel ist es zu verstehen, warum Nesseltiere mithilfe dieser molekularen Mechanismen, so effizient vollständige Organismen durch Selbstorganisation bilden können", sagt Ulrich Technau. "Wir hoffen, daraus allgemeine Prinzipien der Gewebeorganisation und Regeneration ableiten zu können."
Zusammenfassung
- Seeanemonen können aus zufällig zusammengefügten Zellklumpen innerhalb weniger Tage wieder einen vollständigen Organismus bilden.
- Der Notch-Signalweg steuert sowohl die Ausbildung der Körperachse als auch die Organisation verschiedener Gewebeschichten.
- Notch wirkt dabei gemeinsam mit dem Wnt-Signalweg, einem weiteren zentralen Kommunikationssystem zwischen Zellen.
- Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die molekularen Grundlagen biologischer Selbstorganisation, die auch beim Menschen eine Rolle spielen.
- Die Erkenntnisse tragen zum Verständnis von Prozessen bei, mit denen Zellen Gewebe organisieren und Körperstrukturen aufbauen.
Über die Universität Wien:
Die Universität Wien setzt seit über 650 Jahren Maßstäbe in Bildung, Forschung und Innovation. Heute ist sie unter den Top 100 und damit den Top 4 Prozent aller Universitäten weltweit gerankt sowie in aller Welt vernetzt. Mit über 180 Studien und mehr als 10.000 Mitarbeitenden ist sie einer der größten Wissenschaftsstandorte Europas. Hier treffen Menschen aus unterschiedlichsten Disziplinen zusammen, um Spitzenforschung zu betreiben und Lösungen für aktuelle und künftige Herausforderungen zu finden. Ihre Studierenden und Absolvent*innen gehen mit Innovationsgeist und Neugierde komplexe Herausforderungen mit reflektierten und nachhaltigen Lösungen an.
Die Fakultät für Lebenswissenschaften an der Uni Wien schlägt eine Brücke zwischen biologischer Grundlagenforschung und drängenden Fragen unserer Zeit. Ein Teil der Fakultät ist im Vienna BioCenter im 3. Wiener Bezirk angesiedelt, einem der größten Forschungszentren Europas mit über 2.800 Wissenschaftler*innen. Die enge Zusammenarbeit verschiedener Institute macht das Vienna BioCenter zu einem internationalen Hub für Spitzenforschung im Bereich der Lebenswissenschaften.
Originalpublikation:
Sanjay Narayanaswamy, Franziska Haas, Emmanuel Haillot, Alison G. Cole, Elly M. Tanaka, Ulrich Technau (2026). Notch coordinates self-organization of germ layers and axial polarity in sea anemone gastruloids. In Nature Communications.
DOI 10.1038/s41467-026-74441-x
