Zuckerenergie steuert Embryo-Entwicklung mit
Glykose nicht nur Energielieferant, sondern steuert auch Zellspezialisierung zu Blut, Knochen, Muskeln und Nerven
Dresden/Barcelona, 17. April 2025. Zucker ist nicht nur ein elementarer Energielieferant für unsere Zellen, sondern auch Teil des Bauplans. Das hat ein sächsisch-katalonisches Forschungsprojekt ergeben. Demnach ist die Umwandlung von Zucker in Energie – die „Glykose“ – sowohl ein uralter „Treibstoff“-Versorger für organisches Gewebe wie auch ein Steuerelement: Die Zuckerzuteilung entscheidet mit darüber, worauf sich die Zellen in einem Embryo spezialisieren, ob sie sich beispielsweise in Blut, Knochen, Muskeln oder Nerven verwandeln.
EMBL Barcelona und Planck-Genetikinstitut Dresden: „Glykolyse begleitet das Leben seit den Anfängen“
„Glykolyse begleitet das Leben seit den Anfängen, von Einzellern bis hin zu komplexen Organismen wie Säugetieren“, betonen die Forscherteams vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden und vom Europäischen Molukularbiologie-Labor (EMBL) aus Barcelona. Einerseits sei dieser Umwandlungsprozess eine evolutionär weit zurückreichende Stoffwechselaktivität. Andererseits treffe die Glykose „in verschiedenen Stadien der frühen Embryonalentwicklung Entscheidungen über das Zellschicksal und das endgültige Erscheinungsbild stammzellbasierter Embryo-Modelle“.
Spezialierungs-Signale lassen sich auch künstlich auslösen
In ihren Experimenten mit Maus-Stammzellen stellten die Forscher und Forscherinnen fest, dass die Zellstrukturen in im Labor bei der passenden Zuckerversorgung rascher wie ein richtiger Embryo aussahen. Und: Wenn sie die Glykose blockierten, entwickelte sich mehr Ektoderm-Gewebe, aus dem das Nervensystem besteht. Die gestoppte Zuckerwandlung stoppte zugleich die Bildung von „Mesoderm“, aus dem sich später Muskeln, Knochen oder Blut entwickeln, und „Endoderm“, aus dem Organe wie die Leber oder die Lunge entstehen. Zudem lassen sich die durch Glykose ausgelösten Wachstumssignale auch künstlich erzeugen und verstärken, um die Zellspezialisierung auch ohne Zucker zu steuern.
„Aus evolutionärer Sicht spannend“
„Am meisten überrascht hat mich diese eindeutige Doppelrolle der Glykolyse: Ihre bioenergetische Funktion ist wichtig für das Wachstum und ihre Signalfunktion ist entscheidend für das Zellschicksal“, meint Forscherin Kristina Stapornwongkul. „Aus evolutionärer Sicht ist das spannend, weil der Stoffwechsel älter ist als die Signalübertragung“, ergänzt Vikas Trivedi vom EMBL: „Selbst Einzeller sind auf den Stoffwechsel angewiesen, während die Signalübertragung erst später in der Evolution entstanden ist.“
Autor: Oiger
Quelle: MPI-CBG
Wissenschaftliche Publikationen:
„Integrated molecular-phenotypic profiling reveals metabolic control of morphological variation in a stem-cell-based embryo model“ von Alba Villaronga-Luque, Ryan G Savill, Natalia López-Anguita, Adriano Bolondi, Sumit Garai, Seher Ipek, Gassaloglu, Roua Rouatbi, Kathrin Schmeisser, Aayush Poddar, Lisa Bauer, Tiago Alves, Sofia Traikov, Jonathan Rodenfels, Triantafyllos Chavakis, Aydan Bulut-Karslioglu und Jesse V Veenvliet, in: „Cell Stem Cell“, 16 April, 2025, https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.03.012
„Glycolytic activity instructs germ layer proportions through regulation of Nodal and Wnt signaling“ von Kristina S. Stapornwongkul, Elisa Hahn, Patryk Polinski, Laura Salamó Palau, Krisztina Arato, LiAng Yao, Kate Williamson, Nicola Gritti, Kerim Anlas, Mireia Osuna Lopez, Kiran R. Patil, Idse Heemskerk, Miki Ebisuya und Vikas Trivedi, in: „Cell Stem Cell“ (2025), https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.03.011
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