Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stammzellschalter auf Wanderschaft

29.05.2015

Freiburger Biologen haben gezeigt, wie Signale in Pflanzenwurzeln die Aktivität von Stammzellen bestimmen

Wurzeln wachsen fortwährend, um eine Pflanze mit Wasser und Mineralien zu versorgen und sie fest im Boden zu verankern. Dafür verantwortlich sind pluripotente Stammzellen. Um nicht selbst zu differenzieren und pluripotent zu bleiben, benötigen Stammzellen Signale von den Nachbarzellen.


Das Ruhezentrum der Wurzel der Ackerschmalwand erzeugt Signale, dank derer Stammzellen pluripotent bleiben und nur bestimmte Tochterzellen differenzieren. Illustration: Arbeitsgruppe Laux


Dort, wo die Konzentration von WOX5 hoch genug ist, gelingt es der Stammzellnische, pluripotente Stammzellen zu erhalten. Wo die Konzentration von WOX5 dagegen niedrig ist, steigt die Konzentration von CDF4 und die Zellen differenzieren zu Wurzelgewebe. Illustration: Arbeitsgruppe Laux

Nur eine kleine Gruppe von sich langsam teilenden Zellen, das so genannte Ruhezentrum der Wurzel, erzeugt diese Signale, die für die Stammzellen lebenswichtig sind. Ein internationales Forschungskonsortium, angeleitet vom Freiburger Biologen Prof. Dr. Thomas Laux, hat gezeigt, dass der Transkriptionsfaktor WUSCHEL HOMEOBOX (WOX) 5 das Signalmolekül ist und durch Poren aus den Zellen des Ruhezentrums in die Stammzellen einwandert.

Die Ergebnisse hat das Forschungsteam in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ veröffentlicht.

„Die Aufklärung des Mechanismus, mit dem Signale in der Wurzel die Stammzellaktivität bestimmen, lässt Rückschlüsse auf die generellen Mechanismen der Stammzellregulation bei Pflanzen und Menschen zu“, sagt Laux. Sie ermögliche zukünftig zudem, zu untersuchen, wie sich das Pflanzenwachstum an unterschiedliche Umweltbedingungen anpasst. „Ein spannendes Aufgabengebiet in der Zeit des Klimawandels.“

Pluripotente Stammzellen sind die Alleskönner unter den Zellen bei Pflanzen und Tieren. Wenn sie sich teilen, entstehen zwei Arten von Tochterzellen: Einige von ihnen werden zu neuen Stammzellen und einige differenzieren, das heißt, sie ersetzen zum Beispiel Gewebe oder bilden neue Organe. Der Körper erzeugt die Signale, die eine Zelle zur Stammzelle machen, in speziellen Stammzellnischen. Nur dort können Stammzellen bestehen. Für Blutstammzellen ist dieser Ort zum Beispiel das Knochenmark.

Die Arbeitsgruppe von Laux hatte bereits vor einigen Jahren den Transkriptionsfaktor WOX5, der für die Signalherstellung notwendig ist, in den Zellen des Ruhezentrums der Wurzel gefunden. Warum er notwendig ist, war jedoch bislang unklar. Das Team um Laux untersuchte die Stammzellen in der Modellpflanze Arabidopsis, der Ackerschmalwand, die zu den Schaumkressen gehört.

Es gibt jedoch bereits Hinweise darauf, dass die Ergebnisse auch in Nutzpflanzen, wie zum Beispiel Reis, gültig sind. Wenn das Signal WOX5 durch Poren in die Stammzellen gelangt ist, bindet es an die Promotoren, eine bestimmte DNA-Sequenz, von Zielgenen und rekrutiert über ein so genanntes Adaptorprotein ein Enzym. Dieses Enzym verändert die Proteinhülle der DNA, das Chromatin, und erreicht dadurch, dass das entsprechende Gen nicht mehr effektiv abgelesen werden kann.

Doch warum schaltet WOX5 das Zielgen CDF4 in den Stammzellen ab? Die Forschenden um Laux zeigten, dass die Funktion von CDF4 darin liegt, die Differenzierung der dafür vorgesehenen Tochterzellen der Stammzellen einzuleiten.

Wenn die Menge des CDF4-Proteins in den Stammzellen zu hoch wäre, würden diese selbst zur Differenzierung gezwungen und die Pflanze müsste das Wurzelwachstum einstellen. Dort, wo die Konzentration von WOX5 hoch genug ist, gelingt es der Stammzellnische, pluripotente Stammzellen zu erhalten.

An Stellen, wo die Konzentration von WOX5 niedrig ist, steigt die Konzentration von CDF4 und die Zellen differenzieren zu Wurzelgewebe. Diese Balance ist das Geheimnis der lebenslangen Aktivität einer Stammzellnische.

Laux ist Laborleiter am Institut für Biologie III und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg.

Artikel im Forschungsmagazin uni’wissen (2012):
www.pr2.uni-freiburg.de/publikationen/uniwissen/uniwissen-2012-2/#/32

Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Laux
Institut für Biologie III
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-2943
E-Mail: laux@biologie.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

http://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2015/pm.2015-05-29.78

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik