Determination

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 13. November 2016
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Die Determination ist ein Schritt der Zelldifferenzierung und trägt damit zur Spezialisierung von Geweben bei. Der Prozess legt ein Entwicklungsprogramm für nachfolgende Zellen fest und nimmt omnipotenten Zellen die Fähigkeit zur Generierung verschiedener Zelltypen. Je spezialisierter ein Gewebe ist, desto kleiner seine Regenerationsfähigkeit.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Determination?

Die Entwicklungsbiologie verfolgt die Entwicklung von Zellen und Geweben in einen spezialisierteren Zustand. Die einzelnen Zellen eines Gewebes wandeln sich bei dieser Entwicklung vielfach, bis sie eine Spezialisierung erreicht haben. Der Wandel kann in verschiedene Richtungen stattfinden und ist irreversibel.

Differenzierung und Zellteilung geben einem mehrzelligen Lebewesen so erst seine Form. Die Gesamtheit dieses Formgebungsprozesses wird Morphogenese genannt. Die befruchtete Eizelle ist der Anfangspunkt der Morphogenese. Sie wird im Laufe der Differenzierungsprozesse zu einem komplexen Gebilde unterschiedlicher Zelltypen und Gewebearten.

Die Zygote besitzt Totipotenz. Sie ist also zur Ausbildung aller Zelltypen des Organismus in der Lage. Durch Zellteilung entstehen aus der Zygote einzelne Tochterzellen. Diese Tochterzellen spezialisieren sich abhängig von der Abstammung auf bestimmte Rollen. Dieser Zellteilungsschritt geht mit der sogenannten Determination einher. Die Richtung der Spezialisierung wird auf alle nachfolgende Zellgenerationen epigenetisch übertragen. Die Determination legt demzufolge das Entwicklungsprogramm nachfolgender Zellen fest.

Funktion & Aufgabe

Die Determination ist ein Schritt der Differenzierung und gibt Organismen ihre Gestalt, indem sie zur Spezialisierung von Zellen und Geweben beiträgt. Diese Spezialisierung findet während der Embryogenese statt, um die Festlegung der Anlagemuster von Zellen und Geweben zu bestimmten. Vermutlich wird die Determination durch die Aktivierung des jeweiligen Gensatzes realisiert.

Die Entwicklungsbiologie unterscheidet zwischen stabiler und labiler Determination. Eine determinierte Zelle behält ihr Entwicklungsprogramm immer bei. Das gilt auch dann, wenn sie von der ursprünglichen Stelle aus an einen anderen Ort im Organismus wandert oder dorthin verpflanzt wird. Die Potenz einer bestimmten Zelllinie schränkt sich durch Determination weiter und weiter ein. Die pluripotenten Stammzellen des Embryos können noch jeden beliebigen Zelltyp hervorbringen. Multipotente Körperstammzellen können nicht mehr alle, sondern nur noch Zelltypen eines Gewebes hervorbringen. Am Ende der Determination stehen die irreversibel differenzierten und funktionellen Körperzellen, die oft keine Teilungsfähigkeit mehr besitzen und nur begrenzte Lebensdauer haben.

Die Determination ist ein Schritt der Differenzierung und gibt Organismen ihre Gestalt, indem sie zur Spezialisierung von Zellen und Geweben beiträgt.

Determination kann in verschiedene Richtungen stattfinden. Das heißt, dass Zellen unter bestimmten Umständen die Determination verändern können. Dieser Vorgang wird auch als Transdetermination bezeichnet. Die Zellen verlieren dabei ihre Differenzierung, sie dedifferenzieren sich also. Nach der Dedifferenzierung können sie sich unter Umständen neu differenzieren. Die Neudifferenzierung wird dann als Transdifferenzierung bezeichnet. Diese Phänomene sind an der Wundheilung und der Krebsentstehung beteiligt.

Pflanzen unterscheiden sich im Bezug auf die Determination und die Differenzierung von Tieren. Sie besitzen meristematische Zellen, die auf die Teilung und die Erzeugung neuer Gewebe spezialisiert sind. Ausdifferenzierte Zellen sind bei Pflanzen anders als bei Tieren allerdings häufig nicht determiniert oder nur eingeschränkt programmiert. Damit behalten die meisten Pflanzenzellen die Fähigkeit zur Teilung und Generierung verschiedener Zelltypen.

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Krankheiten & Beschwerden

Je differenzierter eine bestimmtes Gewebe ist, desto schlechter erholt es sich von Schädigungen und Verletzungen. Totale Regeneration kann nur in zellteilungsfähigen Geweben stattfinden. Die Regenerationsfähigkeit eines verletzten Gewebes hängt also vom Grad der Spezialisierung ab.

Regeneration kann vollständig, unvollständig oder gar nicht stattfinden. Mit zunehmender Differenzierung sinkt die Regenerationsfähigkeit. Im Nervengewebe und in den Geweben des Herzens kommen zum Beispiel Myokardzellen und Nervenzellen mit besonders hoher Spezialisierung vor. Diese Zellen können sich nicht mehr teilen. Nach Schädigungen des Herzens oder des zentralen Nervensystems tritt daher nur eine Defektheilung ein.

Wenig differenziert sind demgegenüber Blutzellen und Epithelzellen. Sie werden, aus wenig differenzierten Zellen, permanent neu gebildet. Um bessere Heilungserfolge zu erzielen, setzt die moderne Medizin auf die sogenannte Stammzelltherapie. Zu dieser Therapiemethode werden alle medizinischen Therapieverfahren gerechnet, die Stammzellen als einen zentralen Bestandteil der Behandlung nutzen. Die älteste und bekannteste Stammzelltherapie ist die Leukämie-Behandlung.

Sowohl aus embryonalem, als auch aus adultem Gewebe lassen sich Stammzellen isolieren. Embryonale Stammzellen sind noch omnipotent und können sich so zu sämtlichen Geweben differenzieren. Embryonale Stammzellen produzieren rasch eine große Menge von Zellen, die sich in alle beschädigten Gewebe einfügen können. Jedoch ist die hohe Teilungsrate von embryonalen Stammzellen mit dem Risiko von Tumorerkrankungen assoziiert. Somit spielt die Erforschung der Determination auch für die Gewebswucherungen im Rahmen einer Tumorerkrankung eine gesteigerte Rolle.

Die Determination ist ebenso relevant für die Betrachtung verschiedener Missbildungen oder Mutationen. Wenn die verfügbaren Zellen bei der Determination nicht alle Entwicklungsprogramme abdecken, dann können sich die Zellen einer bestimmten Gewebeart schlimmstenfalls nicht entwickeln. Fehler bei der Determination können entsprechend schwerwiegende Folgen haben. Durch die Möglichkeit der Transdetermination können Determinationsfehler bis zu einem gewissen Maß allerdings korrigiert werden. Findet keine Korrektur statt oder verläuft die Korrektur fehlerhaft, dann sind bestimmte Gewebe eventuell überentwickelt, während andere unterentwickelt sind.

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