Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Alt aber oho: Regeneration von Nierenschäden bei erwachsenen Zebrafischen

31.01.2011
Unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Leibniz-Institutes für Altersforschung in Jena konnte eine Gruppe von US-Forschern erstmals Stammzellen in der Niere erwachsener Zebrafische nachweisen.
Fischen mit fluoreszenz-markiertem Nierengewebe wurden Zellen entnommen und in die geschädigte Niere von Empfänger-Fischen transplantiert. Kurz danach waren neu gebildete Nierenkörperchen nachweisbar, die aus den markierten Zellen hervorgegangen waren (Nature 2011, 469, Jan 26, DOI: 10.1038/nature0966).

Die Abbildung zeigt die prinzipielle Vorgehensweise der Transplantationsexperimente: Aus Zebrafischen mit fluoreszenz-markierten Nieren (grün) werden Zellen entnommen und in das Nierengewebe eines nicht markierten Empfängers (gelb) transplantiert. Wenige Tage danach sind in den Nieren des Empfängers voll funktionsfähige, fluoreszierende Nephrone, die funktionellen Untereinheiten der Niere, zu finden. Mehrmals hintereinander geschaltete Transplantationen von Nierenzellen liefern das gleiche Resultat: die Bildung neuer, fluoreszenz-markierter Nephrone, wobei die gefundene Anzahl entsprechend kleiner wird. Quelle: C. Englert/FLI

Nierenversagen ist eine typisch altersassoziierte Erkrankung. Mit Zunahme der alternden Bevölkerung der Industrienationen werden Nierenfunktionsstörungen dramatisch an Bedeutung gewinnen.

Die Nieren sind die "Klärwerke" des menschlichen Körpers. Sie reinigen kontinuierlich das Blut von Schadstoffen, regulieren den Blutdruck, Wasser- sowie Salzhaushalt und bilden außerdem eine Reihe lebenswichtiger Hormone. Sind die Nieren geschädigt bzw. arbeiten sie nicht mehr richtig, dann kann das verheerende Folgen für den Organismus haben. Ein Grund dafür ist die mangelnde Regenerationsfähigkeit der Niere; Säugetiere wie auch der Mensch können bei Verlust des funktionellen Nierengewebes keine neuen Nephrone (funktionelle Untereinheiten der Niere) mehr nachbilden.

Fische besitzen dagegen die erstaunliche Fähigkeit, während ihres gesamten Lebens und auch als eine Reaktion auf Verletzungen der Niere, Nephrone nachzubilden und Schädigungen zu reparieren. Die Aufklärung und das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen bei der Neubildung in Fischen könnten somit wichtige Hinweise darüber ergeben, wodurch sich die Regenerationsfähigkeit der Niere bei Säugetieren und insbesondere beim Menschen von derjenigen der Fische unterscheidet. Möglicherweise lässt sich die verloren gegangene Regeneration rekonstruieren.

Unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Leibniz-Institutes für Altersforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena konnte eine Gruppe von US-Forschern aus Boston, Bethesda und Pittsburgh, nun einen großen Schritt vorankommen. Sie wiesen in der Niere von erwachsenen Zebrafischen erstmals die Existenz von Stammzellen nach, die dazu in der Lage sind, neue Nephrone zu bilden. Dieses bemerkenswerte Resultat wurde in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift “Nature“ (January 26, 2011; DOI: 10.1038/nature09669) publiziert.

Für ihre Versuche verwendeten die Forscher unter anderem das in Jena an Zebrafischen entwickelte Modell der "leuchtenden Niere". Hierbei werden die Nierenzellen mit einem grün-fluoreszierenden Protein, dem so genannten GFP (green fluorescent protein), markiert. Diesen Spender-Fischen wurden anschließend Aggregate von ca. 10 bis 30 Nierenzellen entnommen und in die Niere eines nicht markierten Empfänger-Fisches mit geschädigter Niere transplantiert. Wenige Tage nach der Transplantation konnten durch mikroskopische Untersuchungen in den Nieren dieser Fische Nephrone nachgewiesen werden, die aus den ursprünglich markierten Zellen der Spender-Fische hervorgegangen waren. Selbst mehrmals hintereinander geschaltete Transplantationen von Nierenzellen lieferten das gleiche Resultat: die Bildung neuer, fluoreszenz-markierter Nephrone.

"Das ist ein wichtiger Hinweis darauf, dass die ursprünglich injizierten Nierenzellen langlebige Stammzellen enthalten haben müssen", berichtet Prof. Christoph Englert vom Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) und der Friedrich-Schiller-Universität (FSU) in Jena.

"Da diese Experimente aber nur mit einer Mischung von mehreren Nierenzellen und nicht mit einzelnen Zellen funktionierten, müssen wir davon ausgehen, dass es in der Niere der Fische nicht nur eine Art von Stammzellen gibt, sondern verschiedene Arten von Vorläuferzellen", merkt Dr. Frank Bollig, ebenfalls Mitarbeiter am FLI, zu diesen Ergebnissen an.

"Die nächste große Herausforderung besteht nun darin, diese Vorläuferzellen im Zebrafisch genauer zu charakterisieren und das entsprechende Pendant in der Niere von Säugetieren und speziell beim Menschen zu finden", bemerkt Prof. Englert. "Aufgrund der Ähnlichkeit zwischen Fischen und Säugetieren in Bezug auf Entwicklung, Aufbau und Funktion der Niere sind wir optimistisch und davon überzeugt, dass es diese wichtigen Zellen auch beim Menschen gibt. Das könnte ein Ansatz sein, die Regenerationsfähigkeit der Niere auch beim Menschen zu aktivieren."

Kontakt:

Dr. Kerstin Wagner
Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI)
Beutenbergstr. 11, 07745 Jena
Tel.: 03641-656371, Fax: 03641-656335, E-Mail: koordinator@fli-leibniz.de
Originalpublikation:
C.Q. Diep, D. Ma, R.C. Deo, T.M. Holm, R.W. Naylor, N. Arora, R.A. Wingert, F. Bollig, G. Djordjevic, B. Lichman, H. Zhu, T. Ikenaga, F. Ono, C. Englert, C.A. Cowan, N.A. Hukriede, R.I. Handin, A.J. Davidson: Identification of adult nephron progenitors capable of kidney regeneration in zebrafish. Nature. (2011), 469, Jan 26, DOI: 10.1038/nature09669

Hintergrundinfo

Der Zebrafisch (Danio rerio) ist ein weit verbreiteter Modellorganismus der biomedizinischen Forschung. Er ist einfach zu halten und produziert in rascher Folge viele Nachkommen. Die Embryonen entwickeln sich schnell und außerhalb des Muttertiers. Erwachsene Fische werden bis zu fünf bis sechs Zentimeter lang.

In den frühen Entwicklungsphasen sind die Fische transparent, so dass sich Entwicklungsvorgänge unmittelbar beobachten lassen. Zebrafische besitzen die besondere Fähigkeit, nach kleinerer Verletzung wichtige Organe des Körpers, wie z.B. das Herz und die Flossen, nachwachsen zu lassen.

Eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Niere spielt das Wilms-Tumor-Gen WT1. Eine Fehlfunktion dieses Genes führt zu Nierenkrebs bei Kindern. Das WT1-Gen des Menschen weist eine ähnliche Struktur und Funktion wie bei den Fischen auf. Forscher am Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena haben kürzlich zwei DNA-Abschnitte im Genom des Zebrafisches identifiziert, die als “genetische Schalter“ (enhancer) fungieren und bei der Aktivierung von WT1 eine Rolle spielen. Ferner ging aus diesen Forschungsarbeiten ein sehr interessantes, nützliches Werkzeug für die Nierenforschung hervor: Durch die Kopplung der identifizierten Schalter-Elemente mit dem Gen für das so genannte “grün-fluoreszierende Protein“ (GFP) entstanden gentechnisch veränderte Zebrafische, deren sich entwickelnde, embryonale Niere intensiv grün leuchtet. Diese Fische können gezielt eingesetzt werden, um z.B. Entwicklungsvorgänge sichtbar zu machen und die Funktion weiterer Gene bei der Nierenentwicklung aufzuklären.

[Bollig, F., Perner, B., Besenbeck, B., Köthe, S., Ebert, C., Taudien, S. & Englert, C., A highly conserved retinoic acid responsive element controls wt1a expression in the zebrafish pronephros. Development 2009, 136, 2883-2892.]

Das Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena ist das erste deutsche Forschungsinstitut, das sich seit 2004 der biomedizinischen Altersforschung widmet. Über 300 Mitarbeiter aus 25 Nationen forschen zu molekularen Mechanismen von Alterungsprozessen und altersbedingten Krankheiten. Näheres unter www.fli-leibniz.de.

Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören zurzeit 87 Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung sowie drei assoziierte Mitglieder. Die Ausrichtung der Leibniz-Institute reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute arbeiten strategisch und themenorientiert an Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Bund und Länder fördern die Institute der Leibniz-Gemeinschaft daher gemeinsam. Näheres unter www.leibniz-gemeinschaft.de.

Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU): Näheres unter www.uni-jena.de

Dr. Kerstin Wagner | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Elektroimpulse säubern Industriewässer und Lacke
27.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie