Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Rezept für ein motorisches Neuron

09.12.2016

Wie die Mechanismen der direkten Programmierung von Stammzellen für Zellersatztherapien eingesetzt werden könnten. Pressemitteilung der New York University.

Stammzellen können direkt zu Motoneuronen umprogrammiert werden. Was dabei in der Zelle passiert, hat ein internationales Forschungsteam nun herausgefunden. Sie entdeckten einen dynamischen, mehrstufigen Prozess, in dem mehrere unabhängige Veränderungen konvergieren, um Stammzellen in Motoneuronen zu verwandeln.

„Es gibt großes Interesse an der Erzeugung von Motoneuronen, um grundlegende Entwicklungsprozesse sowie Erkrankungen wie die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und die spinale Muskelatrophie erforschen“, erklärt Shaun Mahony, Assistenzprofessor für Biochemie und Molekularbiologie an der Pennsylvania State University und einer der Hauptautoren des Artikels.

„Durch die ausführliche Beschreibung der Mechanismen, die der direkten Programmierung von Motoneuronen aus Stammzellen zugrunde liegen, trägt unsere Studie nicht nur zur wissenschaftlichen Erforschung der Motoneuronen-Entwicklung und der damit im Zusammenhang stehenden Erkrankungen bei. Sie erweitert auch unser Verständnis des Programmierungsvorgangs und kann so zur Entwicklung von Verfahren beitragen, mit denen sich aus Stammzellen andere Zelltypen generieren lassen.“

Verfahren zur direkten Programmierung könnten eines Tages genutzt werden, um bestimmte Zelltypen aus anderen zu erzeugen und so fehlende oder geschädigte Zellen zu ersetzen. Die Untersuchungsergebnisse erscheinen am 8. Dezember 2016 online in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell und zeigen, vor welchen Herausforderungen die Zellersatztechnologie derzeit noch steht. Sie weisen jedoch auch einen möglichen Weg zur Entwicklung besser anwendbarer Verfahren auf.

„Die direkte Programmierung birgt zwar enormes therapeutisches Potenzial, ist jedoch im Allgemeinen ineffizient und berücksichtigt die molekulare Komplexität nicht genügend“, so Esteban Mazzoni, Assistenzprofessor am Fachbereich Biologie der New York University und ebenfalls ein Hauptautor der Studie. „Unsere Untersuchungsergebnisse geben jedoch Hinweise auf mögliche neue Ansätze für verbesserte gentherapeutische Verfahren.“

Die Forscher hatten bereits zuvor den Nachweis erbracht, dass sich durch die Expression von drei Transkriptionsfaktoren – also Genen, die die Expression anderer Gene steuern – Stammzellen von Mäuseembryonen in Motoneuronen umwandeln lassen. Diese Transformation dauert etwa zwei Tage. Um genauere Erkenntnisse über die zellulären und genetischen Mechanismen zu gewinnen, die der Umwandlung zugrunde liegen, untersuchten die Forscher nun, wie die Transkriptionsfaktoren an die DNA banden, sowie die resultierenden Veränderungen der Genexpression und Chromatin-Modifikationen innerhalb von 6-Stunden-Intervallen im Laufe der Umwandlung.

„Wir verfügen über ein sehr effizientes System, mit dem wir Stammzellen mit einer Erfolgsquote von 90 bis 95 Prozent in Motoneuronen verwandeln können, indem wir den richtigen Mix aus Transkriptionsfaktoren hinzufügen“, so Dr. Mahony. „Diese hohe Effizienz hat es uns ermöglicht, genau zu ermitteln, was sich während dieser Veränderung innerhalb der Zelle abspielt.“

„Eine Zelle des Embryos durchläuft bei ihrer Entwicklung mehrere Zwischenstadien“, erklärt Prof. Dr. Uwe Ohler, Wissenschaftler am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) in Berlin und einer der Hauptautoren der Studie. „Bei der direkten Programmierung fallen diese Zwischenschritte weg. Wir tauschen das komplette Transkriptionsnetzwerk der Zelle mit einem Schlag aus, ohne dass dabei die zellulären Zwischenphasen durchlaufen werden. Wir wollten herausfinden, wie der zeitliche Ablauf und die Kinetik der Chromatin-Modifikationen und Transkriptionsereignisse aussehen, die direkt über das endgültige Schicksal der Zelle bestimmen.“

Dabei entdeckte das Forscherteam ein überraschendes Maß an Komplexität: Die Programmierung dieser Stammzellen zu Neuronen ist das Ergebnis zweier unabhängiger Transkriptionsprozesse, die letztendlich zusammenlaufen.

Zu Beginn dieses Prozesses arbeiten zwei der beteiligten Transkriptionsfaktoren – Isl1 und Lhx3 – zusammen. Sie binden sich an das Genom und setzen eine Reihe von Ereignissen in Gang, darunter Veränderungen an der Chromatinstruktur und der Genexpression in den Zellen.

Der dritte Transkriptionsfaktor, Ngn2, bewirkt unabhängig davon weitere Veränderungen an der Genexpression. Im weiteren Verlauf des Transformationsprozesses nutzen Isl1 und Lhx3 Zellveränderungen, die von Ngn2 ausgelöst wurden, um die Umwandlung abzuschließen. Um dieselbe Zellveränderung durch direkte Programmierung zu erwirken, müssen diese beiden Prozesse erfolgreich koordiniert werden.

„Die direkte Programmierung wird von vielen Wissenschaftlern als potenziell attraktive Methode betrachtet, da sie sowohl in vitro – also außerhalb des lebenden Organismus – durchgeführt werden kann, als auch in vivo – im lebenden Körper selbst und vor allem dort, wo die Zellschädigung vorliegt“, so Mazzoni. „Es gibt jedoch noch offene Fragen bezüglich der konkreten Anwendbarkeit für die Zellreparatur, insbesondere deshalb, weil der biologische Prozess so hoch komplex ist. Wir halten es langfristig für möglich und sinnvoll, die neuen Erkenntnisse beispielsweise dafür einzusetzen, Zellen im Rückenmark zu manipulieren, um so die Neuronen zu ersetzen, die für willkürliche Bewegungen benötigt und durch Erkrankungen wie ALS zerstört werden.“

Mitglieder des Forschungsteams waren neben Prof. Esteban Mazzoni, Prof. Shaun Mahony und Prof. Uwe Ohler auch Dr. Silvia Velasco, Görkem Garipler, Begüm Aydin, Mohamed Ahmed Al-Sayegh, Farah Abdul-Rohman und Prof. Rahul Satija von der New York University, Mahmoud M. Ibrahim und Antje Hirsekorn am MDC und Akshay Kakumanu von der Pennsylvania State University.

Unterstützt wird das Forschungsprojekt durch das National Institute of Child Health and Human Development, das Project ALS, das Doktoranden-Austauschprogramm von Max-Delbrück-Centrum und New York University, der Simons Foundation und dem Center für Eukaryotic Gene Regulation an der Pennsylvania State University.

Silvia Velasco et al. (2016): „A Multi-step Transcriptional and Chromatin State Cascade Underlies Motor Neuron Programming from Embryonic Stem Cells.“ Cell Stem Cell 20. doi: j.stem.2016.11.006

Weitere Informationen:

https://insights.mdc-berlin.de/de/2016/12/das-rezept-fuer-ein-motorisches-neuron... – Diese Meldung auf den Seiten des MDC

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Weitere Berichte zu: MDC Max-Delbrück-Centrum Molekulare Medizin Neuron Stammzellen Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

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,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie