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 Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen
16.08.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Geographie verrät das Alter von Viren
16.08.2017 | Universität Bern

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: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie