Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Forscher entlarven zellulären Spannungssensor

14.10.2008
Elektrische Signale steuern die Stammzellentwicklung
PNAS: Erste Erkenntnisse über bioelektrische Signale

Was aus einer Stammzelle wird, das bestimmen Signale von außen, unter anderem elektrische Felder und Spannungsunterschiede. Bochumer Biochemiker haben auf diesem bisher wenig erforschten Signalweg nun einen zellulären Spannungssensor entlarvt: Der Kaliumkanal KCNQ1 vermittelt die bioelektrischen Informationen an die Zelle.

Manipulationen daran bringen die Entwicklung durcheinander Über ihre Entdeckung berichten die Forscher um PD Dr. Guisgard Seebohm (Rezeptorchemie) in der aktuellen online-Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

Stammzellen spezialisieren sich - aber auf welches Signal hin?

Stammzellen der Neuralleiste differenzieren sich in Wirbeltieren zu einer Reihe verschiedener Zellen wie Gefäßmuskelzellen, periphere Nervenzellen, Knorpelzellen, Knochenzellen, hormonproduzierenden Zellen und Pigmentzellen, welche Schlüsselrollen in der Entwicklung des Gesichtes, des Herzens und anderer Gewebe übernehmen. Die Entwicklung von Stammzellen zu den verschiedenen spezialisierten Zelltypen des sich entwickelnden Embryos wird durch komplexe Wechselwirkungen von Zellen untereinander gesteuert. Stammzellen haben genau definierte, in engen Grenzen gehaltene elektrophysiologische Eigenschaften, welche die Grundlage für spezifische zelluläre Verständigung sein könnten. Bisher war die Bedeutung elektrischer Signale für Stammzellen unklar. Zudem war unbekannt, wie die elektrophysiologischen Signale auf die Zellen wirken.

Froscheier bringen Licht ins Dunkel

Licht in diese Frage brachten die Arbeiten der Bochumer Forscher, die sie an Embryonen des afrikanischen Krallenfrosches durchführten. Da die elektrischen Eigenschaften einer Zelle durch Ionenkanäle und Transporter in der Zellmembran bestimmt werden, durch die elektrisch geladene Teilchen hinein- und herausgelangen, brachten sie Erbmaterial von Ionenkanälen und Transportern in die Froscheier ein und beobachteten deren weitere Embryonalentwicklung. Neben diesen genetischen Manipulationen beeinflussten sie die Ionenkanäle und Transporter auch pharmakologisch, indem sie die Froschembryonen so genannten Ionenkanalmodulatoren aussetzten.

Manipulationen am Kaliumkanal und seine Auswirkungen

Dabei entdeckten sie, dass der spannungsabhängige Kaliumkanal KCNQ1 (auch Kv7.1 und KvLQT1 genannt) die Eigenschaften einer spezifischen Stammzellpopulation der Neuralleiste kontrolliert. Dieser Kaliumkanal gehört zu einer "alten" Kanalfamilie, das heißt, es gibt ihn seit einer frühen Phase der Evolution und daher in vermutlich allen Wirbeltieren. Fehlfunktionen sind bei Menschen an komplexen Krankheiten wie dem ererbten plötzlichen Herztod, Schwerhörigkeit und Epilepsie beteiligt. "Werden die Funktionen dieser Kanäle in den sich entwickelnden Embryonen durch genetische Manipulationen oder pharmakologische Wirkstoffe verändert, so teilen sich die Pigmentzellen der Neuralleiste vermehrt und wandern in Gewebe ein, in denen sie normalerweise nicht zu finden sind", beschreibt Dr. Seebohm seine Erkenntnisse. Die Forscher konnten auch den Mechanismus klären, der dahinter steckt: Eine Hemmung des KCNQ1-Kaliumkanals führt zu einer Anhebung des Ruhemembranpotentials in den Froschzellen. Dies wiederum bewirkt, dass bestimmte Gene (Sox10, Slug und Miff) vermehrt abgelesen und die entsprechenden Proteine in größerer Menge produziert werden. Sie wiederum bewirken, dass sich die Zellen öfter teilen und in untypische Regionen einwandern. "Wir vermuten, dass der KCNQ1-Kaliumkanal als ein zellulärer Spannungssensor wirken kann, der bioelektrische Signale aus der Umgebung der Stammzellen in spezifisches Verhalten der Zellen übersetzt", so Seebohm.

Neue Ansatzpunkte für Therapien

Die Bedeutung bioelektrischer Signale ist noch weitgehend unverstanden. "Das Verständnis der Regulation von embryonalen Stammzellen durch biophysikalische Eigenschaften der Plasmamembran und der Ionenflüsse wird neue Marker und Kontrollpunkte für biomedizinische Eingriffe hervorbringen", schätzt der Biochemiker. Der neu entdeckte Mechanismus könnte von Bedeutung bei menschlichen Krankheiten wie Metaplasie, Krebs und Neuralleistendefekten sein. Substanzen, die Kaliumkanäle beeinflussen, könnten daher eine neue Bedeutung bei der Behandlung dieser Krankheiten erlangen.

Titelaufnahme

Morokuma, Blackistonj, Adams, Seebohm, Trimmer und Levi: Modulation of potassium channel function confers a hyperproliferative invasive phenotype on embryonic stem cells. In: PNAS early edition, 13.-17.10.2008

Weitere Informationen

PD Dr. Guisgard Seebohm, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-23742, E-Mail: guiscard.seebohm@gmx.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forscher vergleichen Biodiversitätstrends mit dem Aktienmarkt
06.12.2016 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

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: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert

06.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Tempo-Daten für das „Navi“ im Kopf

06.12.2016 | Medizin Gesundheit

Patienten-Monitoring in der eigenen Wohnung − Sensorenanzug für Schlaganfallpatienten

06.12.2016 | Medizintechnik