Benutzer:Rosemann/Primitivknoten

Als Primitivknoten (lat. nodus primitivus) wird in der Entwicklungsbiologie eine histologische Struktur im sich entwickelnden Embryo aller Nabeltiere bezeichnet, die eine wichtige Rolle bei der Gastrulation spielt. Bei Vögeln ist der Primitivknoten als Hensen-Knoten und bei Amphibien als Spemann-Organisator bekannt. Bei menschlichen Embryo taucht der Primitivknoten am Tag 17 p.c. auf.

Der Primitivknoten stellt eine Ansammlung von Zellen dar, die sich im vorderen Teil des Primitivstreifens in der sich entwickelnden Gastrula befindet. Er ist der Ort, von dem die Gastrulation ausgeht und in deren Folge die drei Keimblätter Ectoderm, Mesoderm und Endoderm gebildet werden. Der Primitivknoten definiert damit die Orientierung des frühen Embryos relativ zu seiner späteren Längsachse (anterior-posterior Achse). Durch Transplantation von Zellen des Primitivknotens in entfernt liegenden Bereiche von Hühnerembryonen konnte von C.L.Waddington gezeigt werden, dass der Knoten (bzw. seine Zellen) die Fähigkeit besitzen, die Entwicklung von Wirbelsäule und Rückenmark entlang der Längsachse einzuleiten ^[1] .

In der Embryonalscheibe befindet sich der Primitivknoten auf deren dorsaler Keimschicht am rostralen Ende der Primitivrinne. Zusammen mit der Primitivgrube bilden diese drei durch Zellvermehrung und -Migration definierten Strukturen den Primitivstreifen.

Die mehrschichtige Embryonalscheibe (bestehend aus Ectoderm, Mesoderm und Endoderm) zeigt auf ihrer dorsalen, an die Amnionhöhle anliegenden Keimschicht (Epiblast) zunächst infolge Vermehrung (Proliferation) eine Verschiebung von Zellen, die sich von zwei Seiten her in der Mittellinie des kaudalen Bereichs konzentrieren und so den Primitivstreifen bilden. Dadurch wird im Embryo erstmalig eine Achse definiert (anterior-posterior Achse), durch die eine räumliche Orientierung "Richtung Kopf" (rostral bzw. cranial) und "Richtung Schwanz" (caudal) möglich ist und eine rechts-links Symmetrie von zwei Körperhälften erfolgt. Der Primitivstreifen wird dann durch einwandernde Zellen (Migration) stärker und nach kaudal länger. Dabei senkt er sich zur Primitivrinne ein, deren rostrale Region durch Zelleinwanderung verstärkt und zur Primitivgrube wird.

Der Primitivstreifen und der im Randwall der Primitivgrube gelegene Primitivknoten sind bei der Organisation räumlicher Muster in der Entwicklungssteuerung eines Embryos, speziell seiner Körperachsen von entscheidender Bedeutung (morphogenetische Organisation). Die Einsenkung des Primitivstreifens zur Primitivrinne stellt bei amnioten Wirbeltieren die beginnende Gastrulation dar.

Wichtige an der Entwicklung des Primitivknotens beteiligte Gene und Signalwege sind Sonic Hedgehog, WNT und BMP.

Im Bereich des Primitivknotens gelegene (nodale) Zellen erzeugen mit der nach posterior geneigten und rotierenden – aus Mikrotubuli und spezifischem Dynein chiral aufgebauten – primären Monocilie in der aufliegenden extraembryonalen Flüssigkeit eine Strömung (von ventral gesehen im Uhrzeigersinn). Einem Modell zufolge werden über diese Strömung Signalstoffe verteilt. Diese Morphogene werden durch die linksgerichtete Strömung ungleichmäßig distribuiert und die für diese Signale empfindlichen Zellen infolge des Gradienten unterschiedlich stark angesprochen.^[2] Es kommt daher zu einem asymmetrischen Zellmuster, beispielsweise in der Expression von Nodal. Dies wird zum Grund für die Lateralisierung prospektiver innerer Organe, die aus dieser Zelllage später hervorgehenden, so des Herzens, das links liegt. Einem anderen Modell zufolge wird die Ausbildung der Links-Rechts-Asymmetrie nicht (nur) durch einen chemischen Gradienten der Morphogene, sondern (auch) durch einen zweiten Zilientyp im Bereich des Primitivknotens vermittelt, der den generierten Flüssigkeitsstrom mechanisch wahrnimmt.^[3] Der exakte Mechanismus der Determination der Links-Rechts-Achse ist noch nicht vollständig geklärt.^[4] Beim Menschen kann bei Fehlen des nodalen Flüssigkeitsstroms durch zufällige Determination der Links-Rechts-Achse ein Situs inversus entstehen, z. B. im Rahmen eines Kartagener-Syndroms, verursacht durch eine gestörte Motilität von (nodalen) Zilien des Primitivknotens.^[5] Mesenchymale Zellen aus dem Primitivknoten wandern während der Gastrulation in kaudaler Richtung und bilden das Notochord ("Rückensaite"), das als transienter Organisator die Bildung der axialen Strukturen der Somiten, des Neuralrohres und der Neuralleiste steuert.

1. ↑ C. H. Waddington: Organisers & genes. In: wellcomecollection.org. Abgerufen am 6. Februar 2023 (englisch). 
2. ↑ Yasushi Okada, Sen Takeda, Yosuke Tanaka, Juan-Carlos Izpisúa Belmonte, Nobutaka Hirokawa: Mechanism of Nodal Flow: A Conserved Symmetry Breaking Event in Left-Right Axis Determination. In: Cell. Band 121, Nr. 4, 20. Mai 2005, S. 633–644, doi:10.1016/j.cell.200504008 (elsevier.com [abgerufen am 14. April 2021]). 
3. ↑ James McGrath, Stefan Somlo, Svetlana Makova, Xin Tian, Martina Brueckner: Two Populations of Node Monocilia Initiate Left-Right Asymmetry in the Mouse. In: Cell. Band 114, Nr. 1, 11. Juli 2003, S. 61–73, doi:10.1016/S0092-8674(03)00511-7 (elsevier.com [abgerufen am 14. April 2021]). 
4. ↑ Nobutaka Hirokawa, Yosuke Tanaka, Yasushi Okada, Sen Takeda: Nodal Flow and the Generation of Left-Right Asymmetry. In: Cell. Band 125, Nr. 1, 7. April 2006, S. 33–45, doi:10.1016/j.cell.200603002 (elsevier.com [abgerufen am 14. April 2021]). 
5. ↑ W. Janning, E. Knust: Genetik. Thieme, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-13-128772-4, Kapitel 30.2 (Ausbildung der links-rechts-Asymmetrie), S. 463.