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 läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt
16.10.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

nachricht Keimfreie Bruteier: Neue Alternative zum gängigen Formaldehyd
16.10.2017 | Technische Universität Graz

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: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise