Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mobilisierung springender Gene beeinflusst Sicherheit von Therapien mit pluripotenten Stammzellen

08.01.2016

Bei der Reprogrammierung menschlicher Zellen zu humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) werden normalerweise inaktivierte mobile DNA-Abschnitte (Retrotransposons, springende Gene) reaktiviert und ihre Kopien an neuen Orten in das Stammzellgenom eingefügt. Von solchen Stammzellen abgeleitete therapeutische Zellen könnten durch solche Neuinsertionen in ihrer Funktion beeinflusst werden. Es können auch Gene betroffen sein, die bei der Tumorentstehung relevant sind. Dies wirft Fragen zur Sicherheit therapeutischer Zellen auf, die von hiPS-Zellen abgeleitet werden sollen. Darüber berichtet Nature Communications in seiner Online-Ausgabe vom 8. Januar 2016.

Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPS-Zellen) haben das Potenzial, in alle Zelltypen des menschlichen Organismus umgewandelt zu werden (differenzieren) und bieten damit viele Anwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin (s.u.).


Humane pluripotente Stammzellkolonie angereichert mit LINE-1 Proteinen (rot), die zur Mobilisierung springender Gene im Stammzellgenom führen. Zellkerne sind blaugrün angefärbt.

Klawitter S et al.: Nature Communications

Unter anderem sollen von hiPS-Zellen abgeleitete Zellen in der regenerativen Medizin für autologe Zelltherapien eingesetzt werden. Dabei werden Körperzellen eines Patienten entnommen, zu hiPS-Zellen reprogrammiert, danach in den gewünschten therapeutisch relevanten Zelltyp differenziert und schließlich dem Patienten zugeführt.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Prof. Gerald Schumann, Abteilung Medizinische Biotechnologie des Paul-Ehrlich-Instituts, hat in Kooperation mit den Arbeitsgruppen von Prof. Geoffrey Faulkner (Mater Research Institute-University of Queensland, Australia) und Prof. Jose Garcia-Perez (Pfizer/University of Granada and Andalusian Regional Government Center for Genomics and Oncology) nachgewiesen, dass sowohl während der Reprogrammierung als auch während der nachfolgenden Kultivierung der hiPS-Zelllinien Mobilisierung und Neuinsertionen (Neueinbau) transponierbarer Elemente stattfinden. Bei diesen Elementen handelt es sich um LINE-1 (L1), Alu- und SVA-Elemente, die auch als springende Gene bezeichnet werden, denn sie duplizieren und verteilen sich über einen Copy & Paste-Mechanismus im Genom.

Für ihre Untersuchungen verwendeten die Forscher eine neuartige Hochdurchsatz-Sequenziermethode („Retrotransposon Capture Sequencing“, RC-Seq). Mit ihr verglichen sie die Genome von acht hiPS-Zelllinien mit denen ihrer differenzierten Vorläuferzellen, aus denen sie durch Reprogrammierung hervorgegangen waren.

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass in vier der acht untersuchten hiPS-Zelllinien sowohl während der Reprogrammierung als auch während der nachfolgenden Kultivierung Mobilisierung und Neuinsertionen (Neueinbau) im Genom der Zellen stattfanden. Pro hiPS-Zelle ereignete sich durchschnittlich eine solche Neuinsertion eines springenden Gens.

Durch die Mobilisierung endogener L1-Elemente waren zudem neue funktionelle L1-Kopien entstanden, die wiederum in der Lage sind, sich weiter auszubreiten und durch Neuinsertionen weitere neue Genmutationen zu verursachen. Das Springen und die Neuinsertion solcher potenziell mutagenen (erbgutverändernden) transponierbaren Elemente könnte die Funktion dieser Zellen beeinflussen oder sogar ein erster Schritt zur Umwandlung in Krebszellen sein.

„Die durch L1-Aktivität vermittelte Mobilisierung endogener transponierbarer Elemente kann die genomische Integrität von pluripotenten Stammzellen beeinträchtigen. Dies wirft Fragen bezüglich der Sicherheit von Zelltherapien auf, bei denen differenzierte Zellen zum Einsatz kommen, die sich von solchen hiPS-Zellen ableiten“ erläutert Schumann die Bedeutung dieser Ergebnisse. Die Beantwortung dieser Fragen will die Forschergruppe im nächsten Schritt in Angriff nehmen. Aus regulatorischer Sicht könnten Sicherheitstests vor einer Anwendung solcher Zellen am Menschen entsprechende Risiken reduzieren.

Hintergrund – induzierte pluripotente Stammzellen in der Biomedizin

Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPS) sollen eine große Rolle in der regenerativen Medizin von morgen spielen. Sie sollen auch für die Entwicklung zellbasierter Krankheitsmodelle für die Pathogeneseforschung und Wirkstoffentwicklung (Disease Modeling), in der Grundlagenforschung für die Entwicklung und Funktionsanalyse von Zellen und im Rahmen von In-vitro-Screening zur Identifizierung geeigneter Arzneimittel eingesetzt werden.

Solche hiPS-Zellen bieten in der Zukunft vielleicht vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten bei autologen Zelltherapien, bei denen körpereigene Zellen des Patienten zu induzierten pluripotenten Stammzellen reprogrammiert und anschließend in die gewünschte Zell- bzw. Gewebeform differenziert werden. Anders als bei einer Organtransplantation kommt es hier nicht zu Abstoßungsreaktionen, weil es körpereigene Zellen sind.

Originalpublikation:
Klawitter S, Fuchs NV, Upton KR, Muñoz-Lopez M, Shukla R, Wang J, Garcia-Canadas M, Lopez-Ruiz C, Gerhardt DJ, Sebe A, Grabundzija I, Merkert S, Gerdes P, Pulgarin JA, Bock A, Held U, Witthuhn A, Haase A, Sarkadi B, Löwer J, Wolvetang EJ, Martin U, Ivics Z, Izsvák Z, Garcia-Perez JL, Faulkner GJ, Schumann GG (2015). Reprogramming triggers endogenous L1 and Alu retrotransposition in human induced pluripotent stem cells. Nat Commun 7; Article number 10286
doi:10.1038/ncomms10286


Das Paul-Ehrlich-Institut in Langen bei Frankfurt am Main ist als Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel eine Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Gesundheit (BMG). Es erforscht, bewertet und lässt biomedizinische Human-Arzneimittel und Veterinär-Impfstoffe zu und ist für die Genehmigung klinischer Prüfungen sowie die Pharmakovigilanz – Erfassung und Bewertung möglicher Nebenwirkungen – zuständig. Die staatliche Chargenprüfung, wissenschaftliche Beratung/Scientific Advice und Inspektionen gehören zu den weiteren Aufgaben des Instituts. Unverzichtbare Basis für die vielseitigen Aufgaben ist die eigene experimentelle Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin und der Lebenswissenschaften. Das Paul-Ehrlich-Institut mit seinen rund 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern nimmt zudem Beratungsfunktionen in nationalem (Bundesregierung, Länder) und internationalem Umfeld (Weltgesundheitsorganisation, Europäische Arzneimittelbehörde, Europäische Kommission, Europarat und andere) wahr.

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/2016/160108/ncomms10286/full/ncomms10286.html - Abtract der Publikation
http://www.pei.de/DE/infos/presse/pressemitteilungen/2016/01-mobilisierung-sprin... - Diese Pressemitteilung auf den Seiten des Paul-Ehrlich-Instituts

Dr. Susanne Stöcker | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise