Zellabstammung

Grundbegriff

Zellabstammung bezeichnet die Entwicklungsgeschichte einer Zelle in einem Gewebe oder Organ vom Embryo an. Sie beschreibt also, aus welchen Vorläuferzellen eine Zelle hervorgegangen ist und wie sie sich im Lauf der Entwicklung spezialisiert hat. Dabei differenzieren embryonale Stammzellen zu spezialisierten Zellen.

Die grafische Darstellung dieser Entwicklung heißt Zellstammbaum. Ein solcher Stammbaum zeigt, wie Zellen durch Teilungen auseinander hervorgehen und welche Zelltypen daraus entstehen.

Entstehung und Beispiele

Die jeweilige Zellabstammung entsteht aufgrund der spatiotemporalen Genexpression. Damit ist gemeint, dass Gene zu bestimmten Zeiten und an bestimmten Orten im Organismus unterschiedlich aktiv sind. Diese zeitliche und räumliche Genaktivität beeinflusst, welche Entwicklungsschritte eine Zelle nimmt.

Eutele Lebewesen besitzen eine festgelegte Anzahl und festgelegte Entwicklungsschritte von Zellen. Ein wichtiges Beispiel ist der Fadenwurm Caenorhabditis elegans: Beim männlichen Fadenwurm werden 1031 Zellen genannt, beim hermaphroditischen Fadenwurm nach Apoptose 959 Zellen. Apoptose bedeutet programmierter Zelltod. Für die vollständige Beschreibung der Zellabstammung von C. elegans erhielt John Sulston 2002 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Zelltypen beim Menschen

Beim Menschen können aus einer befruchteten Eizelle oder aus einer totipotenten Stammzelle mindestens 210 Zelltypen entstehen. Totipotent bedeutet, dass eine Zelle grundsätzlich alle Zelltypen eines Organismus hervorbringen kann.

Die Anzahl der Zellen je Zelltyp ist beim Menschen individuell variabel. Anders gesagt: Menschen besitzen zwar viele gemeinsame Zelltypen, aber die genaue Zellzahl pro Zelltyp ist nicht bei allen Personen gleich.

Untersuchungsmethoden

Zellabstammung kann auf verschiedene Weise ermittelt werden. Genannt werden die klonale Analyse und die mikroskopische Beobachtung. Bei einer klonalen Analyse wird verfolgt, welche Zellen aus einer gemeinsamen Ausgangszelle hervorgehen.

Teilweise werden diese Methoden mit Immunfärbung verbunden. Immunfärbung ist ein Verfahren, bei dem bestimmte Zellbestandteile mithilfe spezifischer Markierungen sichtbar gemacht werden. Außerdem kann Zellabstammung als Einzelzellanalyse untersucht werden. Durch Konfokalmikroskopie lassen sich Gewebe mit etwas größerer Schichtdicke untersuchen.

Historische Beobachtungen

Ab dem Jahr 1870 wurden erstmals Muster der Zellteilungen und die Spezialisierung der Zellen in Nematoden und Ascidien durch Charles Otis Whitman beschrieben. Er beobachtete, dass in diesen Organismen das Muster und die Spezialisierung individuell invariabel sind, also von Individuum zu Individuum gleich bleiben.

In anderen Organismen sind die Anzahl der Zellen und ihre Entwicklung weniger stark festgelegt. Als möglicher Grund werden äußere Einflüsse genannt.