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Fluoreszenzmikroskopie

Funktion von Krebs-Stammzellen analysieren

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Segregation des Numb Proteins während der Zellteilung in Brust-Stammzellen – normale Brust- (A) und Krebs-Stammzellen (B) . (Bild: IFOM-IEO)
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Abb. 1: Segregation des Numb Proteins während der Zellteilung in Brust-Stammzellen – normale Brust- (A) und Krebs-Stammzellen (B) . (Bild: IFOM-IEO)

Die Stammzellbiologie und das Verständnis molekularer Grundlagen spielen eine Schlüsselrolle bei der Erforschung der Entstehung von Krebs. Die Beobachtung lebender Zellen in komplexen Proben mittels Fluoreszenzmikroskopie kann dabei einen wichtigen Beitrag leisten.

Die Vorstellung eines Tumors als abnormales Gewebe, dessen Wachstum und Differenzierung von Krebsstammzellen unterhalten wird, hat sich heute für viele verschiedene Krebserkrankungen weitgehend durchgesetzt. Tumorstammzellen werden mit dem möglichen erneuten Wachstum eines Tumors nach der Behandlung ebenso in Verbindung gebracht wie mit der Bildung von Metastasen. Wie ihre physiologischen Gegenstücke besitzen Krebsstammzellen die Fähigkeit, ihr Schicksal zu kontrollieren, indem sie sich entweder in einem inaktiven und undifferenzierten Zustand halten, oder sich selbst erneuern, um sich zu vervielfältigen. Krebsstammzellen besitzen, wie andere Stammzellen, die Fähigkeit zu einer asymmetrischen Teilung, aus der zwei sehr unterschiedliche Tochterzellen mit unterschiedlichem Zellschicksal entstehen. Die erste Tochterzelle bleibt eine Stammzelle. Sie tritt nicht in den Zellzyklus ein, sondern ruht mit den anderen Stammzellen als Reservoir für weitere asymmetrische Teilungen. Die zweite Tochterzelle mit der DNA-Kopie dient der Expansion: Nachfolgende symmetrische Zellteilungen und Differenzierung bilden neues Gewebe oder den Tumor. Ein typischer Stimulus für diese Expansion des Stammzellkompartiments ist die Reaktion auf eine Verletzung, zum Beispiel die Repopulation von geschädigtem Knochenmark bei hämatopoetischen Stammzellen. In diesem Fall teilen sich Stammzellen in zwei exakt gleiche neue Stammzellen mit identischem Stammzellschicksal und Vermehrungspotenzial.

Lokalisierung von Stammzellen mittels Konfokalmikroskopie

Die Biologie von Stammzellen und ihre molekularen Grundlagen zu verstehen, spielt eine Schlüsselrolle in der Krebsforschung. Angesichts der niedrigen Repräsentativität des Stammzellkompartiments – im hämatopoetischen System ist beispielsweise nur circa eine Zelle von 1000 eine Stammzelle – sind Populationsmittelwertbildungen und die meisten molekularbiologischen Untersuchungen, wie Western-Blots, für diese Forschungsansätze nicht geeignet. Die Möglichkeit, einzelne, möglichst lebende Zellen zu betrachten, machen die Fluoreszenz- und die Konfokalmikroskopie hier zu ausgezeichneten Werkzeugen in der Stammzellforschung.

Um Standardzellkulturen durch Untersuchungsmethoden zu ersetzen, die eine repräsentativere Darstellung der biologischen Komplexität bieten, wurden dreidimensionale Zellkulturtechniken entwickelt. Damit können biologische Prototypen der verschiedenen Gewebetypen und Organe in-vitro hergestellt werden. Auf dem Gebiet der Physiologie und Pathologie der Brust wird beispielsweise die Fähigkeit, die Milchdrüse in-vitro wiederherzustellen, anhand der Bildung so genannter Mammosphären gemessen.

Unter physiologischen Bedingungen überwiegt die asymmetrische Teilung, bei der nur eine der beiden Tochterzellen mehrfache Teilungszyklen durchläuft [1]. Wie bei Zellen aus ErbB2-transgenen Mäusen, die das aktivierte ErbB2-Onkogen im Brustepithel exprimieren, setzt die transformierte Stammzelle asymmetrische Teilungen außer Kraft, und produziert bevorzugt sich aktiv vermehrende Zellen mit Selbsterhaltungspotenzial.

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