24.10.2017

Von Fruchtfliegen lernen

Young Academics: Die Molekularbiologin Lisa Landskron untersucht den Teilungsprozess von neuronalen Stammzellen in Fruchtfliegen. Die ÖAW-Forscherin vergleicht diese mit Krebszellen, um mehr über das Tumorwachstum und mögliche Angriffspunkte für Behandlungstherapien zu erfahren.

Sie sind im Alltag nicht sonderlich beliebt, im Labor hingegen heiß begehrt: Fruchtfliegen. Lisa Landskron vom IMBA – Institut  für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) forscht an diesem Modellorganismus, der für die Genetik nur allzu nützlich ist: Er vermehrt sich rasch, und Genmutationen sind leicht erkennbar. „Mit der Fruchtfliege kann man schnell Ergebnisse erzielen und auf ein großes Repertoire an Methoden zurückgreifen“, erzählt die junge Molekularbiologin, die nach einem Forschungsaufenthalt an der Universität Cambridge am IMBA der ÖAW begonnen hat, mit den etwa zwei Millimeter großen Drosophila zu arbeiten.

Mit der Fruchtfliege kann man schnell Ergebnisse erzielen und auf ein großes Repertoire an Methoden zurückgreifen.

Das Stereomikroskop und ein Pinsel gehören dabei zu ihren wichtigsten Arbeitsgeräten. Zuerst stellt sie unter dem Mikroskop sicher, dass sich ihre Fliegen mit den für das jeweilige Experiment entscheidenden Genotypen paaren und die entsprechenden Nachkommen liefern. Später geht es dann ins Detail, wenn Landskron die Gehirne gesunder und kranker Fruchtfliegen mikroskopisch vergleicht und anschließend für biochemische Versuche präpariert. „Das Züchten und Halten der Fliegen ist nicht kompliziert, überwältigend ist anfangs allerdings die Fülle an Wissen, genetischen Methoden und Reagenzien“, erzählt die Forscherin.

Konkret befasst sich Landskron mit den Gehirnstammzellen der Fliegen und wie sie sich in molekularbiologischer Hinsicht von Krebszellen unterscheiden. Beiden Zelltypen ist nämlich gemein, dass sich ihre Teilungsfähigkeit erhält. Während allerdings bei Krebszellen Mutationen dazu führen, dass sich normale Körperzellen unbegrenzt teilen, produzieren Stammzellen nur die jeweils notwendige Anzahl neuer Zellen. Die Krebszellen entkommen offensichtlich strikten Regulierungsmechanismen, die im Fall von Stammzellen reibungslos funktionieren.  

Zellteilung aus dem Takt

Wenn sich eine Stammzelle teilt, erfolgt das asymmetrisch: Eine Tochterzelle behält die Stammzellfunktion, die andere entwickelt sich in wenigen Schritten zu einer spezialisierten – etwa einer Nervenzelle. Lisa Landskron arbeitet mit solchen neuronalen Stammzellen von Fruchtfliegen. Da deren asymmetrische Zellteilung sehr gut erforscht ist, steht ihr für weitere Experimente eine Vielzahl an genetischen Werkzeugen zur Verfügung, wie beispielsweise die Genschere CRISPR/Cas9. Diese neue Methode ermöglicht es, gezielt Mutationen für spätere Tests herbeizuführen.

Durch spezifische Manipulation bringt sie die Zellteilung aus dem Takt, sodass sich Zellen nicht mehr asymmetrisch teilen: Dadurch bleiben beide Tochterzellen teilungsfähig, und im Gehirn der Fliege wächst ein tödlicher Tumor heran. Er besteht dann aus stammzellähnlichen Krebszellen, die Charakteristika und genetische Marker von Stammzellen haben, sich aber ständig weiterteilen – ganz im Gegensatz zu den neuronalen Stammzellen, die ihr Wachstum kontrollieren.

Nach dem Ableben der Fliegen muss Landskron den tödlichen Tumor mit Hilfe von Pinzette und Stereomikroskop herauspräparieren. „Dazu braucht man viel Fingerspitzengefühl und viel Training“, erzählt sie. Der wichtigste Teil der Forschung erfolgt aber nach dem Sezieren: Es sind umfassende biochemische Analysen für den Vergleich von stammzellähnlichen Krebszellen und gesunden neuronalen Stammzellen. Die Ergebnisse ergänzen bzw. modifizieren schließlich die Vorstellung davon, die man derzeit von der Regulierung der beiden Teilungsprozesse hat.

Fliegenforschung hilft der Humanmedizin

Die jahrzehntelange molekularbiologische Forschung hat gezeigt, dass viele biologische Prozesse auf Zellniveau genetisch ähnlich reguliert werden. Deshalb können Erkenntnisse über tumorauslösende Experimente an neuronalen Stammzellen von Fruchtfliegen langfristig auch für die Humanmedizin aufschlussreich sein.

Neues Wissen über die asymmetrische Zellteilung in der Fruchtfliege könnte Mechanismen und Prozesse aufdecken, die beim Tumorwachstum essentiell sind.

Lisa Landskron erhofft sich durch ihre Forschung im Team des Stammzellforschers und ÖAW-Mitglieds Jürgen Knoblich, dass „neues Wissen über die asymmetrische Zellteilung in der Fruchtfliege Mechanismen und Prozesse aufdeckt, die beim Tumorwachstum essentiell sind“. Neben dem therapeutischen Ausblick reizt sie besonders, dass sie an der Erarbeitung grundlegender molekularbiologischer Konzepte beteiligt ist, denn „mit Hilfe der Genetik kann man kausale Zusammenhänge zwischen Molekülen und ihrer potentiellen Funktion sehr gut sichtbar machen“, sagt Landskron.