Chromosomen und Meiose

Interview mit Kikue Tachibana-Konwalski

Kikue Tachibana-Konwalski erklärt im Gespräch mit Waltraud Niel, warum Eizellen von Säugetieren noch viele Geheimnisse bergen. Als neue Gruppenleiterin am IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der ÖAW wird sie aber dazu beitragen, so manches Rätsel zusammen mit ihrem Team zu lösen.

Sie stellen die Eizellen von Säugetieren in den Mittelpunkt ihrer Forschungsarbeit. Was sind die brennenden Fragen?

Tachibana-Konwalski: Verglichen mit dem Großteil der Körperzellen weiß man von den Eizellen der Säugetiere noch erstaunlich wenig. Das liegt vor allem daran, dass ihre Zahl im Organismus sehr beschränkt ist. Man muss also ökonomisch mit dieser beschränkten Ressource umgehen. Das bedeutet, die wichtigsten Fragen zu stellen und die Experimente sehr präzise zu planen. Meine beiden wichtigsten Fragen betreffen die Regulierung der Chromosomenaufteilung während der Reifeteilung (Meiose) und das Umprogrammieren der hoch spezialisierten Keimzellen auf die totipotente Zygote kurz nach der Befruchtung.

Mit welchen Werkzeugen lüften Sie die Geheimnisse reifender Eizellen?

Tachibana-Konwalski: Maus-Eizellen sind groß und durchsichtig und wir können mit sogenannter Confocal live cell Microscopy die Chromosomen und ihre charakteristischen Bewegungsabläufe in lebenden Zellen mitverfolgen. Die Chromosomen zu färben beziehungsweise gezielten Experimenten zugänglich zu machen, erfordert Mikroinjektionen und genetische Methoden. So kann man zum Beispiel molekulare Werkzeuge entwickeln: etwa ein Enzyme mit der Funktion einer Spezialschere, die die Stelle erkennt, an der sie schneiden soll. Die langwierigste Aufgabe aber ist die Züchtung von Mäusen, deren Eizellen-Chromosomen detektierbare Angriffspunkte für unsere molekularen Werkzeuge besitzen. Hierfür müssen Molekularbiologen, Genetiker und Tierpfleger eng zusammen arbeiten. Ich selbst war - damals noch in Oxford - an der Entwicklung einiger Linien beteiligt, die uns ermöglicht haben entscheidende Fragen zu beantworten (siehe Das Reifen der Eizelle ).

Wäre es nicht einfacher, Eizellen aus Hefe oder Pflanzen oder wirbellosen Tieren zu verwenden?

Tachibana-Konwalski: Ja, das ist einfacher, und deshalb wurden viele grundlegende Charakteristika der Reifeteilung auch an jenen Organismengruppen geklärt. Säugetiere und - was die Medizin besonders interessiert - weisen aber viele Besonderheiten auf.

Was ist das Besondere an Mäusen?

Tachibana-Konwalski: Ganz besonders für die Säuger ist die lang andauernde Arretierung der ersten Phase der Meiose, die im ungeborenen Weibchen beginnt und erst kurz vor jedem Eisprung nach Erreichen der Geschlechtsreife abgeschlossen wird. Der zweite Teil der Meiose hin zum haploiden Stadium wird erst durch die Befruchtung ausgelöst. Auch auf dem molekularbiologischen Level gibt es Unterschiede: Die Proteinringe namens Cohesin, die das vorzeitige Auseinanderweichen der Chromosomen während der Teilung verhindern, variieren in den unterschiedlichen Organismengruppen. Es gibt verschiedene Cohesinringe in Säugetieren, aber die Schlüsselkomponente "Rec8", deren Funktionszusammenhänge aufzuklären mein wissenschaftlicher Fokus in Oxford war, ist evolutionär von der Hefe bis zum Menschen konserviert.

Was kann die Medizin von Experimenten mit Eizellen in der Wachstumsphase lernen?

Tachibana-Konwalski: Wir nehmen an, dass viele Mechanismen der Eizellen bei Maus und Mensch ähnlich verlaufen. Nur sind die Zeiträume länger: So dauert zum Beispiel die Wachstumsphase der Mauseizellen zwei bis drei Wochen und die der menschlichen Eizelle 85 Tage. Hinzu kommt, dass der Zusammenhalt zwischen den gepaarten homologen Chromosomen beim Menschen Jahrzehnte lang (statt Monate lang) halten soll. Sollte der Zusammenhalt der Chromosomen schwach oder defekt werden, so sind eventuell fehlerhafte Aufteilungen die Folge. Mit unseren Experimenten lernen wir, Chromosomenabnormalitäten wie zum Beispiel Trisomien auf molekularem Niveau zu verstehen.

Ihr neuer Forschungsfokus ist der Übergang von der befruchteten Eizelle hin zur Zygote. Was macht diese Phase beim Entstehen eines neuen Organismus so interessant?

Tachibana-Konwalski: Hier findet der Übergang von zwei Spezialisten, nämlich der Ei- und Spermazelle, zu einem Alleskönner, der Zygote, statt. Nach der Verschmelzung muss der Schritt von den hoch differenzierten Geschlechtszellen zur totipotenten Zygote bewerkstelligt werden. Besonders faszinierend daran ist die Neuorganisierung des Spermakerns auf DNA- und epigenetischen Niveaus. Gemeinsam mit meiner Gruppe am IMBA möchte ich jene Faktoren in Eizellen experimentell identifizieren, die für diese Umprogrammierung verantwortlich sind.

Welche Bedeutung hatten Mentoren für Ihre wissenschaftliche Entwicklung?

Tachibana-Konwalski: Die wissenschaftliche Inspiration springt in der Begegnung mit außergewöhnlichen Forscher(inne)n über. Für mich waren die Begegnung mit dem Entwicklungsbiologen Sir John Gurdon in Cambridge und die Zusammenarbeit mit Kim Nasmyth in Oxford sehr wichtig. Ich habe durch sie gelernt klare Fragen zu stellen.