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Stammzellen

Was Stammzellen zu Stammzellen macht

03.04.2009 | Redakteur: Olaf Spörkel

Mikroskopische Aufnahmen von undifferenzierten und differenzierten embryonalen Stammzellen (ES-Zellen). Das rechte Bild zeigt die Differenzierung der ES-Zellen nach Paf1C RNAi.
Mikroskopische Aufnahmen von undifferenzierten und differenzierten embryonalen Stammzellen (ES-Zellen). Das rechte Bild zeigt die Differenzierung der ES-Zellen nach Paf1C RNAi.

Dresdner Forscher haben neue Gene identifiziert, die lenken, wann embryonale Stammzellen pluripotent bleiben oder ausdifferenzieren.

Dresden – Ebenso wie embryonale Stammzellen können induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) jeden Zelltyp ausbilden. Deshalb gehört diesen iPS-Zellen möglicherweise die Zukunft in der Medizin - für therapeutische Ansätze im Kampf gegen neuronale Erkrankungen, als Therapie gegen Diabetes oder Lebererkrankungen. „Genau wegen ihres hohen medizinischen Potenzials wollen wir Stammzellen und iPS-Zellen noch besser verstehen: Welche Faktoren lassen in ihnen das embryonale Programm ablaufen und steuern ihre Pluripotenz?“, sagt Frank Buchholz. Seine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden hat nun in einem genomweiten Screening alle Gene in Säugetierstammzellen gesucht, die die Expression von Oct4 modulieren. Dieses Protein reguliert, ob eine Zelle pluripotent bleibt oder eine Zellentwicklung eingeleitet wird. Die identifizierten 296 Treffer könnten darüber Aufschluss geben, welche Gene eine Stammzelle braucht, um eine Stammzelle zu bleiben.

Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen vermehren sich unbegrenzt und besitzen das Potenzial, jeden Zelltyp des erwachsenen Organismus auszubilden. Aufgrund ihrer Pluripotenz könnten sie als Ausgangsmaterial für hochspezialisierte Zellen wie Nervenzellen genutzt und gezüchtet werden und nach einer Transplantation kranke Zellen oder ganze Gewebe und Organe ersetzen. Für viele Krankheiten ist dieser Therapieansatz jedoch noch Zukunftsvision. Vor allem überwiegt jedoch das ethische Problem ihrer Gewinnung: Sie werden aus einer Blastozyste, einem vier bis sieben Tage altem Embryo, entnommen.

Induzierte pluripotente Stammzellen

iPS-Zellen werden aus bereits ausdifferenzierten Zellen, zum Beispiel Hautzellen, gewonnen, die Forscher genetisch so verändern können, dass das embryonale Programm wieder eingeschaltet wird. Dies umgeht den ethischen Konflikt, der bei der Gewinnung von embryonalen Stammzellen besteht. Erstaunlicherweise werden für die Umprogrammierung einer somatischen in eine iPS-Zelle nur wenige Faktoren benötigt, manchmal sogar nur einer. Der wichtigste Faktor hierbei wird von dem Gen Oct4 kodiert. So verwandeln sich neuronale Stammzellen zurück zu iPS-Zellen, wenn man artifiziell Oct4 in ihnen exprimiert.

296 neue Ansätze

Das Screening, das die Arbeitsgruppe um Frank Buchholz am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik durchgeführt hat, offenbarte 296 Gene, die beeinflussen, wie konzentriert das Gen Oct4 in einer Zelle auftritt, ob die Zelle pluripotent bleibt oder eine Ausreifung zu einer bestimmten Zellart einleitet. Da mithilfe von Oct4 iPS-Zellen herstellt werden können, liefern die Dresdner Forscher wichtige Anhaltspunkte, wie der Umprogrammierungsprozess in Zukunft perfektioniert werden kann. „Nur wenn wir die Balance aus Selbsterneuerung und Ausreifung von Stamm- und iPS-Zellen detailliert und systematisch verstanden haben, können wir für die Zukunft auch wirklich sichere Zellersatz-Therapien ohne Tumor-Risiko entwickeln“, so Buchholz.

Darüber hinaus haben sich die Forscher einen Proteinkomplex besonders genau angeschaut: Paf1C. „Wir fanden heraus, dass dieser Komplex das Verhalten einer Stammzelle reguliert: Er bindet an viele Promotoren, also die Startbereiche von bestimmten Pluripotenz-Schlüsselgenen wie dem Oct4-Gen. Wird Paf1C ausgeschaltet, produziert die Zelle weniger von den Pluripotenz-Schlüsselgenen - die Stammzelle differenziert. Ist Paf1C aber in erhöhten Mengen in der Stammzelle vorhanden, wird eine Ausreifung der Zelle blockiert“, erklärt Buchholz.

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