Woher wissen die Zellen im Körper, welche Funktion sie haben

Der Mensch besteht aus nahezu unendlich vielen Zellen. Dabei sind aber nicht alle Zellen gleich und haben die selbe Funktion im Körper zu erfüllen. Eine Nervenzelle im Gehirn hat beispielsweise eine völlig andere Funktion als eine Muskelzelle, die sich zusammenziehen können muss. Woher weiß eine solche Zelle jedoch, welche Aufgabe sie im Körper zu erfüllen hat?

Alle Körperzellen eines Mehrzellers haben die gesamte Erbinformation im Zellkern gespeichert (außer die ohne Zellkern, die vermehren sich aber auch nicht). Je nach Funktion sind aber verschiedene Gene abgeschaltet so dass jede Zelle nur noch einen Bruchteil der Information nutzt. Die Abschaltung passiert schon in einem sehr frühen Zeitraum, wenn der Embryo beim Menschen aus 16 Zellen besteht. Bis zu diesem Zeitpunkt wäre noch jede Zelle pluripotent, das heißt aus jeder Zelle könnte man einen kompletten Menschen wachsen lassen. Das 16-Zellen-Stadium nennt man auch Maulbeerkeim oder Morula.

Aus der Morula wird das Blastom, und hier beginnt durch hormonelle Einwirkungen und Wachstumsfaktoren die Differenzierung in drei Keimblätter, das obere Keimblatt Ektoderm das die äußere Schicht des Blastoms bildet, das untere Keimblatt Entoderm das im Inneren des Blastoms liegt und das mittlere Keimblatt Mesoderm das aus dem Ektoderm gebildet wird. In der weiteren Entwicklung entstehen dann aus diesen drei Keimblättern die verschiedenen Gewebearten und die Organe, jeweils wiederum durch Hormoneinwirkung und Wachstumsfaktoren in der richtigen Zeit. Aus dem Ektoderm entwickelt sich das Mesoderm und dieses teilt den Embryo sozusagen in verschiedene Quadranten auf; je nach Lage der Zellen in diesen Quadranten werden sie unterschiedlich mit Hormonen geflutet und so entsteht die weitere Differenzierung zu den verschiedenen Geweben und Zellformen.

Aus dem Ektoderm entstehen die Haut des Menschen, das Nervensystem mit dem Gehirn und die Sinnesorgane. Aus dem Entoderm entsteht der Verdauungstrakt mit den entsprechenden Drüsen und dem Harntrakt sowie der Atmungstrakt. Aus dem Mesoderm entstehen die Knochen, Muskeln inklusive Herz, Bindegewebe, Blut- und Lymphsystem, die Nieren, die inneren Geschlechtsorgane mit den entsprechenden Drüsen. Die Differenzierung der Zellen wird mit jedem Entwicklungsschritt feiner und bald entscheidet der Standort der Zelle und die Art der umgebenden Zellen wie sie sich weiter differenziert.

So "weiß" dann eine Muskelzelle schon allein aus ihrer Position im entstehenden Körper und durch die umgebenden Gewebestrukturen ob sie eine Muskelzelle im Darm oder eine Herzmuskelzelle werden soll. Inzwischen können Forscher die Genschalter einer Zelle auch wieder anschalten und so eine multipotente Zelle schaffen aus der aber nur Zellen des Keimblattes hergestellt werden können aus denen sie selbst stammt.