Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher aus Berlin und Singapur entschlüsseln Kommunikationsnetzwerk in humanen Stammzellen

02.07.2013
Wissenschaftler des A*STAR Genom-Instituts Singapur (GIS) und des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik (MPIMG) in Berlin haben ein molekulares Netzwerk in menschlichen (humanen) embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) entschlüsselt, das Kommunikationssignale der Zellen aufnimmt, um Stammzellen in ihrem besonderen Zellzustand zu erhalten. Die Forscher berichten über ihre Arbeit in der aktuellen Juni-Ausgabe der Zeitschrift Molecular Cell.

Mit der medizinischen Anwendung hES-Zellen verbinden sich große Hoffnungen, daher werden sie von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt untersucht. hES-Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass sich aus ihnen alle anderen Zellarten bzw. Gewebe eines Organismus entwickeln können.


Kolonie von menschlichen embryonalen Stammzellen (100fache Vergrößerung)
Bild: Jonathan Göke/Genome Institute of Singapore

Diese besondere Eigenschaft wird als Pluripotenz bezeichnet. Für die Aufrechterhaltung der Pluripotenz sind eine Reihe unterschiedlicher Faktoren erforderlich, zu denen unter anderem auch die Verwendung von Kommunikationswegen innerhalb der Zelle gehört.

Die Kommunikation einzelner Zellen untereinander ist eine Schlüsselfunktion von vielzelligen Lebewesen. Damit beispielweise aus dem noch undifferenzierten Gewebe eines Embryos spezifische Organe entstehen können, müssen ganze Gruppen von Zellen bestimmte Signale erhalten und ordnungsgemäß darauf reagieren. Fehler bei der Signalübertragung können dazu führen, dass Zellen falsch reagieren und Krankheiten wie zum Beispiel Krebs entstehen.

Die Kommunikationssignale, die in hES-Zellen verwendet werden, aktivieren eine Kettenreaktion, den sogenannten extrazellulär-regulierten Kinase (ERK)-Pathway. Dieser führt dazu, dass in jeder Zelle genetische Informationen aktiviert werden. Wissenschaftler des GIS und des MPIMG haben jetzt untersucht, um welche genetischen Informationen es sich dabei handelt. Dabei entdeckten sie ein ganzes Netzwerk für molekulare Kommunikation innerhalb der Zellen.

Die Forscher untersuchten, wo ERK2, ein Mitglied der ERK-Familie, mit dem Genom interagiert. Sie fanden heraus, dass ERK2 gezielt nicht-kodierende Gene, Histone sowie spezifische Gene für den Zellzyklus, den Stoffwechsel und die Aufrechterhaltung der Pluripotenz der Stammzellen aktiviert.

Der ERK-Signalweg enthält ausserdem einen Transkriptionsfaktor, ELK1, der mit ERK2 interagiert und dadurch genetische Informationen aktiviert. Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass ELK1 noch eine zweite, völlig entgegengesetzte Funktion haben kann.

An denjenigen Positionen im Genom, die nicht durch ERK2 aktiviert werden, unterdrückt ELK1 die genetische Information und erhält dadurch die Zelle in ihrem undifferenzierten Zustand. Die Autoren gehen davon aus, dass diese zweiseitige Kontrolle der genetischen Aktivität durch ELK1 mit dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle im Zustand der Stammzelle verbleibt. Ihre Ergebnisse sind vor allem für Stammzellforscher interessant, unterstützen aber auch die Forschung in anderen benachbarten Gebieten.

„Der ERK-Signalweg ist bereits seit vielen Jahren bekannt, aber dies ist das erste Mal, dass wir das gesamte Spektrum der genomischen Antwort innerhalb der Stammzellen sehen können“, erläutert Jonathan Göke, Wissenschaftler am GIS in Singapur und Erstautor der Studie. „Wir haben eine Vielzahl an biologischen Prozessen gefunden, die mit diesem Signalweg verbunden sind. Zusätzlich konnten wir aber auch einige neue und völlig unerwartete Muster aufklären, wie beispielsweise die Doppelfunktion von ELK1. Sehr spannend wird es jetzt herauszufinden, wie sich dieses Kommunikationsnetzwerk in anderen Zellen und Geweben oder bei Krankheiten verhält beziehungsweise verändert.“

“Besonders beeindruckend ist an dieser Arbeit, wie mit Hilfe der Bioinformatik Informationen aus den experimentellen Daten herausgefiltert werden konnten“, urteilt Martin Vingron, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin und Ko-Autor der Studie. Und Huck Hui Ng, Direktor des A*STAR Genom-Instituts Singapur ergänzt: „Die Ergebnisse sind deswegen so bedeutsam, weil sie das Signal-Netzwerk der Zelle und dessen Einbindung in das übergeordnete Regulationsnetzwerk beschreiben. Das Verständnis der Biologie von embryonalen Stammzellen ist ein erster Schritt, um die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen eines medizinischen Einsatzes von embryonalen Stammzellen verstehen zu können.”

Hintergrundinformation:

Über das Genom-Institut Singapur (GIS)
Das Genom-Institut Singapur (GIS) ist eine Forschungseinrichtung der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung (Agency for Science, Technology and Research, A*STAR). Die Hauptforschungsrichtungen am GIS umfassen Systembiologie, Stammzellforschung und Entwicklungsbiologie, Biologie von Krebserkrankungen und Pharmakologie, Humangenetik, Infektionskrankheiten, Genomische Technologien sowie Bioinformatik. Das GIS stellt Infrastruktur im Bereich der Genomforschung zur Verfügung, fördert wissenschaftlichen Nachwuchs und fungiert als Brücke zwischen akademischer Forschung und Industrie, um bedeutende wissenschaftliche Fragestellungen zu untersuchen.
www.gis.a-star.edu.sg
www.a-star.edu.sg

Über das Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG)
Das Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG) in Berlin ist eine der führenden Genomforschungseinrichungen in Europa und gehört zu den größten Forschungsinstituten der Max-Planck-Gesellschaft. Es umfaßt vier Abteilungen, eine unabhängige Forschungsgruppe sowie eine Reihe von ebenfalls unabhängigen Nachwuchsforschungsgruppen („Otto-Warburg“Laboratorium“).
Die Forschung am MPIMG konzentriert sich auf die Analyse des Genoms des Menschen und anderer Organismen. Damit leistet es einen Beitrag zu einem umfassenden Verständnis biologischer Abläufe im Organismus und zur Aufklärung der molekularen Ursachen vieler menschlicher Erkrankungen. Ziel der gemeinsamen Anstrengungen aller Gruppen des MPIMG ist es, auf molekularem Niveau neue Einblicke in die Entstehung von Krankheiten zu gewinnen, um so zu einer Entwicklung ursachengerechter Behandlungsmethoden beizutragen.

Weitere Informationen:
http://www.gis.a-star.edu.sg
http://www.a-star.edu.sg
http://www.molgen.mpg.de

Dr. Patricia Marquardt | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.molgen.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: 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...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise