Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stammzellen von Wurm und Mensch ähnlicher als gedacht

09.08.2016

In Stammzellen von Plattwürmern und Menschen sind die gleichen grundlegenden Steuerungsmechanismen aktiv. In den Zellen beider Organismen wird der Träger der abgelesenen Erbinformation – die RNA – auf ähnliche Art und Weise nachbearbeitet. Diese Mechanismen sind nicht nur bei Menschen, sondern wahrscheinlich für das ganze Tierreich relevant, wie Wissenschaftler vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) zusammen mit internationalen Partnern durch genomweite Studien an Plattwürmern gezeigt haben. Die Ergebnisse erschienen nun im Journal eLife.

Stammzellen sind zelluläre Alleskönner, die sich in jedes mögliche Gewebe verwandeln können. Wegen ihres Potenzials für die regenerative Medizin werden sie seit Jahren intensiv erforscht. Dabei sind Plattwürmer besonders interessant, da sie im ganzen Körper zahlreiche Stammzellen aufweisen, die ihnen eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit verleihen: Ein abgetrenntes Teil ihres Körpers können sie vollständig neu bilden.


Plattwürmer haben eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit. Ein Wurm (oben), der in mehrere Stücke zerteilt wird (Mitte) regeneriert aus jedem Teilstück einen neuen Wurm, wie ganz unten dargestellt

Bild: Jordi Solana/MDC.


Ein Plattwurm der Art Schmidtea mediterranea.

Bild: Jordi Solana/MDC.

Für die besonderen Fähigkeiten von Stammzellen sind spezifisch aktivierte Gene verantwortlich. Die Gene werden dabei in das temporäre RNA-Format umgeschrieben, das wiederum als Bauplan für Proteine dienen kann. Zusätzlich wird die RNA meistens durch „Splicing“ verändert.

Hierbei werden Teilstücke der RNA neu kombiniert, indem „Introns“ genannte Abschnitte entfernt werden, während „Exons“ verbleiben. Stehen mehrere Alternativen von Exons zur Auswahl, werden diese von der Zelle gezielt ausgewählt. Durch diesen „alternatives Splicing“ genannten Prozess werden aus einem Gen verschiedene Proteinvarianten erzeugt, die spezialisierte Aufgaben haben.

# Eine internationale Forschungskooperation untersucht Splicing-Prozesse in den Stammzellen der Plattwürmer

Ob alternatives Splicing auch für die Stammzelleigenschaften bei Plattwürmern relevant ist, war bisher nicht bekannt. Um mehr darüber herausfinden, kooperierte Postdoktorand Dr. Jordi Solana aus dem Labor von Prof. Nikolaus Rajewsky im Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) des MDC mit Dr. Manuel Irimia vom Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona und dem Team von Prof. Benjamin J. Blencowe an der University of Toronto. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal eLife.

Solana interessiert sich für die Stammzellbiologie des Plattwurms Schmidtea mediterranea und bearbeitet das Thema gemeinsam mit dem Forschungsteam von Nikolaus Rajewsky, das für seine systembiologische Expertise bekannt ist und den Plattwurm als Modellsystem nutzt. Er arbeitet eng mit Irimia zusammen, der sich auf Splicing-Prozesse spezialisiert hat. „Wir haben in bisher unerreichter Detailgenauigkeit untersucht, welche Gene entweder in fertig entwickelten Zellen oder Stammzellen der Würmer abgelesen und dann durch alternatives Splicing nachbearbeitet werden“, sagen die Forscher über ihre Arbeit.

# Splicing-Prozesse als zentrale Regulatoren von Stammzell-Eigenschaften

Sie entdeckten Splicing-Prozesse, die spezifisch nur in den Stammzellen der Tierchen aktiv waren, und identifizierten zahlreiche alternative Exons für stammzellspezifische Proteinvarianten. Die Forscher überraschte, dass Introns häufig nicht aus der RNA entfernt wurden. Wurden Introns zurückgehalten, konnte gar kein funktionierendes Protein mehr hergestellt werden. In den vollentwickelten Zellen beobachteten sie „Mikro-Exons“, also sehr kurze Exon-Sequenzen.

Im Experiment schalteten die Forscher dann die Proteine ab, die alternatives Splicing steuern. Eines davon ist das Protein MBNL, das die Herstellung von stammzelltypischen Proteinvarianten in entwickelten Zellen unterdrückt. Sie entdeckten auch, dass das Protein CELF dem MBNL-Protein entgegenwirkt, indem es in den Stammzellen die Herstellung dieser Varianten anregt. Bei der Differenzierung von der Stammzelle zur Gewebezelle konkurrierten die beiden Splicing-Faktoren miteinander und rangen um Vorherrschaft. Dieses Wechselspiel von MBNL und CELF wurde zuvor nur in Zellen von Säugetieren beobachtet.

# Bedeutsam für die Forschung an Modellorganismen und aus evolutionsbiologischer Sicht

„Wir haben ganz neue Faktoren identifiziert, die wir aus der üblichen Forschung an Säugetierzellen noch nicht kannten. Mit diesem Wissen können wir nun in menschlichen Zellen gezielt überprüfen, ob dort die gleichen Mechanismen aktiv sind“, kommentiert Solana.

Prof. Nikolaus Rajewsky, Spezialist für RNA-Systembiologie, sagt: „Besonders faszinierend ist, dass die Funktion von MBNL erst durch das konkurrierende CELF-Protein nachvollziehbar wird. Vielleicht muss man auch bei anderen Splicing-Faktoren davon ausgehen, dass sie mit miteinander kooperieren oder im Wettbewerb stehen.“
Die Arbeit wirft auch grundlegende Fragen über Stammzellen in Tieren auf, sagt Solana: „Den Antagonismus von MBNL und CELF in Plattwürmern wiederzufinden, ist evolutionsbiologisch interessant. Wie wir zeigen konnten, sind diese Mechanismen in evolutionär extrem weit entfernten Abstammungslinien vorhanden und damit vermutlich relevant für das gesamte Tierreich.“


Jordi Solana, Manuel Irimia et al. (2016): „Conserved functional antagonism of CELF and MBNL proteins controls stem cell-specific alternative splicing in planarians.“ eLife. DOI: 10.7554/eLife.16797

Jordi Solana und Manuel Irimia haben gleichermaßen zur Arbeit beigetragen.

Weitere Informationen:

https://edoc.mdc-berlin.de/15892/ – Manuskript im Repositorium des MDC

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Spot auf die Maschinerie des Lebens
23.08.2017 | Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen

nachricht Immunsystem kann durch gezielte Manipulation des Zellstoffwechsels reguliert werden
23.08.2017 | Medical University of Vienna

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: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie