Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

3D-Struktur des Chromatins steuert Aktivität von Herzstammzellen

14.09.2015

Ldb1 ist für die Bildung neuer Herzmuskelzellen aus Vorläuferzellen wichtig

Auf welche Weise sich während der Embryonalentwicklung aus frühen Vorläuferzellen ein funktionierendes Herz entwickelt, ist bislang nur zum Teil bekannt. Die Aktivität vieler an der Herzentwicklung beteiligter Gene wird über einen einzigen Transkriptionsfaktor reguliert.


Mausherz während der Embryonalentwicklung (Herzmuskelzellen: rot, Stammzellen: grün).

MPI für Herz- und Lungenforschung

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun herausgefunden, dass ein Adapterprotein namens Ldb1 für die Funktion des Transkriptionsfaktors Isl1 wichtig ist.

Im Verbund steuern beide eine räumliche Annäherung von Chromatinabschnitten, in denen herzspezifische Gene liegen. Dieses ist für die Entwicklung von Herzzellen aus Stammzellen wesentlich.

Herzversagen ist einer der häufigsten Todesursachen in Deutschland. Grund hierfür dürfte sein, dass die Selbstheilungskräfte des menschlichen Herzens nur gering sind. Schäden in der Herzmuskulatur, wie sie beispielsweise nach einem Infarkt auftreten, führen zu einer dauerhaft verringerten Leistungsfähigkeit des Herzens. Im Gegensatz zu anderen Organen, beispielsweise Leber und Blut, sind im Herzen viel weniger Stammzellen vorhanden, aus denen neue Herzmuskelzellen gebildet werden könnten.

Viele klinische Ansätze haben deshalb derzeit die therapeutische Nutzung von Stammzellen zum Ziel. Aus körpereigenen oder fremden Stammzellen sollen neue Herzmuskelzellen entstehen. Klinische Studien haben zwar gezeigt, dass dieses prinzipiell möglich ist, jedoch blieb bisher ein durchschlagender Erfolg, nämlich eine für den Patienten spürbare deutliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Herzens, aus. Ein Grund hierfür könnte sein, dass im Herzen zu wenig eigene Stammzellen vorhanden sind.

Die Arbeitsgruppe von Gergana Dobreva am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim hat nun ein Schlüsselmolekül identifiziert, das für die Regulation der Stammzellaktivität während der Embryonalentwicklung eine entscheidende Rolle spielt. Demnach steuert das als Ldb1 bezeichnete Protein die Aktivität des für die Stammzellfunktion elementaren Transkriptionsfaktors Isl1.

„Ldb-1 hat die Funktion eines Adaptermoleküls. Es bindet an Isl1 und formt mit diesem einen Komplex. Dieser Komplex wiederum löst eine dreidimensionale Umorganisation des Chromatins aus“, erklärt Dobreva. Als Chromatin bezeichnet man die fadenförmige DNA-Struktur, auf der die Gene aufgereiht sind. „Viele für die Aktivität der Herzstammzellen wichtigen Gene werden so in räumliche Nähe zueinander gebracht.“

Für diese Untersuchung habe man ein als 3C-Assay bezeichnetes molekularbiologisches Verfahren verwendet. Dieses Hochdurchsatzverfahren analysiere die dreidimensionale Struktur von Chromatin.

Wie wichtig korrekte Ausrichtung des Chromatins für die Entwicklung der Herzstammzellen zu Herzmuskelzellen ist, stellten die Bad Nauheimer Wissenschaftler an verschiedenen Modellen, so unter anderem in Zellkulturen von embryonalen Stammzellen, an Zebrafischen und an Mäusen, denen das Ldb1-Gen fehlte, fest. Ohne Ldb1 blieb die zuvor beobachtete räumliche Annäherung des Chromatins aus. In der Folge fehlte den Herzstammzellen die Möglichkeit, sich zu fertigen Herzzellen zu differenzieren. Dadurch wurde die Herzentwicklung in den Embryonen wiederum gestört.

„Unsere Untersuchungen zeigen, dass ohne das Ldb1-Gen zwar die Differenzierung der Herzstammzellen gestört war, ihre Zellzahl sich aber nicht veränderte“, so Dobreva. Dies sein ein wichtiger Hinweis auf den zugrunde liegenden Mechanismus, nämlich dass Ldb1 für die Differenzierungsfähigkeit der Stammzellen wichtig sei.

Im nächsten Schritt unternahmen die Max-Planck-Forscher ein sogenanntes Rescue-Experiment: Stammzellen ohne Ldb1-Gen wurde dies von außen zugesetzt. Wie erwartet, war daraufhin ein fehlerfreies Clustern des Chromatins zu beobachten und auch die kardiovaskuläre Differenzierung verlief normal. „Wir beobachteten allerdings, dass die Überexpression von Ldb1 außerdem dazu führt, dass die Anzahl der kardiovaskulären Stammzellen sich deutlich erhöhte“, sagte Dobreva.

„Ein Zuwenig an Ldb1 verringert zwar nicht die Zahl der Stammzellen, ein Zuviel erhöht sie aber im Gegensatz dazu.“

Für die Wissenschaftler ist dies im Hinblick auf einen therapeutischen Ansatz eine entscheidende Beobachtung. „Wir haben in unserer Studie ein Schlüsselmolekül entdeckt, mit dessen Hilfe wir nun ein Verfahren entwickeln wollen, bei dem Herzvorläuferzellen vermehrt und dann für Stammzell-basierte Therapien verwendet werden können“, so Dobreva. Deshalb soll nun in weiteren Experimenten untersucht werden, ob eine Vermehrung der Herzstammzellen mit Hilfe von Ldb1 die Selbstheilungskräfte des Herzens verbessern kann.

Originalpublikation:
L. Caputo, H.R. Witzel, P. Kolovos , S. Cheedipudi , M. Looso , A. Mylona , W.F. van IJcken, K.L. Laugwitz, S.M. Evans, T. Braun, E. Soler , F. Grosveld, G. Dobreva
The Isl1/Ldb1 Complex Orchestrates Genome-wide Chromatin Organization to Instruct Differentiation of Multipotent Cardiac Progenitors. Cell Stem Cell. doi: 10.1016/j.stem.2015.08.007

Kontakt:
Dr. Matthias Heil
Presse- & Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung
Ludwigstr. 43
61231 Bad Nauheim
Email: matthias.heil@mpi-bn.mpg.de
Tel.: 06032/705-1705

Dr Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entzündung weckt Schläfer
29.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Rostocker Forscher wollen Glyphosat „entzaubern“
29.03.2017 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten