Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was Stammzellen zu perfekten Alleskönnern macht

27.06.2017

Forschende der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich haben das Eiweiss entdeckt, das natürliche embryonale Stammzellen befähigt, sämtliche Körperzellen zu bilden. Bei in Zellkulturen gezüchteten embryonalen Stammzellen ist dieses Alleskönnerpotenzial eingeschränkt. Dieses Wissen wollen die Wissenschaftler nutzen, um grosse Knochenbrüche mit Stammzellen zu behandeln.

Weil Stammzellen das Potenzial haben, sich in die verschiedenen Zelltypen des Körpers zu entwickeln, gelten sie als biologische Alleskönner. Doch für die Mehrzahl der Stammzellen greift diese Bezeichnung zu weit.


Das Bild zeigt wenige Tage alte embryonale Zellhaufen: links mit funktionierendem Pramel7, rechts ohne das Eiweiss – die Entwicklung der Stammzellen bleibt stecken und die Embryonen sterben ab.

Paolo Cinelli, Universitätsspital Zürich

So können erwachsene Stammzellen etwa bei Verletzungen zwar Zellen in ihrem Gewebe ersetzen, aber eine Fettstammzelle wird niemals eine Nerven- oder Lungenzelle hervorbringen. Die Wissenschaft unterscheidet deshalb zwischen den multipotenten erwachsenen Stammzellen und den tatsächlichen Alleskönnern – den pluripotenten embryonalen Stammzellen.

Epigenetische Markierungen bestimmen Entwicklungspotenzial

Doch sogar unter den wahren Alleskönnern gibt es Unterschiede. Embryonale Stammzellen, die in Zellkulturen im Labor wachsen, befinden sich in einem anderen Zustand als die Zellen, die man nur während den ersten Tagen im Inneren des Zellhaufens findet, aus dem der gerade erst entstehende Embryo besteht.

Jetzt zeigen Forschende um Paolo Cinelli vom Universitätsspital Zürich und Raffaella Santoro von der Universität Zürich im Fachblatt Nature Cell Biology, mit welchem Mechanismus sich die natürlichen Alleskönner von den embryonalen Stammzellen in den Kulturen abheben.

Im Zentrum ihrer Entdeckung steht ein Eiweiss namens Pramel7 (für «preferentially expressed antigen in melanoma»-like 7), das in den Zellen des wenige Tage alten embryonalen Zellhaufens dafür sorgt, dass das Erbgut von epigenetischen Markierungen – das sind chemische DNA-Anhängsel in der Form von Methylgruppen – befreit wird.

«Je mehr Methylgruppen entfernt werden, desto offener ist das Buch des Lebens», sagt Cinelli. Weil aus einer embryonalen Stammzelle jegliche Zelle des menschlichen Körpers entstehen kann, müssen zu Beginn auch alle Gene frei zugänglich sein. Je mehr sich eine Zelle entwickelt oder ausdifferenziert, desto stärker wird ihr Erbgut wieder methyliert und «zugeklebt». So seien etwa in einer Knochenzelle nur noch diejenigen Gene aktiv, die die Zelle für ihre Funktion benötige, erklärt der Biochemiker.

Eiweiss ist verantwortlich für perfekte Pluripotenz

Pramel7 scheint trotz seiner kurzen Wirkungsdauer von wenigen Tagen eine lebenswichtige Rolle zu spielen: Als die Forschenden um Cinelli und Santoro das Gen für dieses Eiweiss mit gentechnischen Tricks ausschalteten, blieb die Entwicklung im Stadium des embryonalen Zellhaufens stecken. Doch in den kultivierten Stammzellen kommt Pramel7 kaum vor. Das könnte auch erklären, wieso das Erbgut dieser Zellen mit mehr Methylgruppen versetzt sei als das Erbgut in den natürlichen embryonalen Stammzellen – den perfektesten Alleskönnern, meint Cinelli.

Funktionsweise von Stammzellen nutzen, um Knochengewebe zu regenerieren

Sein Interesse an den Stammzellen rührt von der Hoffnung her, dereinst Menschen mit komplexen Knochenbrüchen damit helfen zu können. «Knochen können sich zwar super regenerieren und sind das einzige Gewebe, das dabei keine Narben bildet», sagt Paolo Cinelli. Aber die Knochenstümpfe müssen sich berühren, damit sie zusammenwachsen können. Wenn etwa bei einem Motorradunfall ein Knochen mehrfach breche und auch an die Oberfläche trete, sei der mittlere Teil oft nicht mehr brauchbar. Für diese Fälle brauche es dann einen Knochenersatz. Sein Team forscht an Trägermaterialien, die sie in Zukunft mit körpereigenen Stammzellen besiedeln möchten. «Deshalb müssen wir wissen, wie Stammzellen funktionieren», schliesst Cinelli.

Literatur:
Urs Graf, Elisa A. Casanova, Sarah Wyck, Damian Dalcher, Marco Gatti, Eva Vollenweider, Michal J. Okoniewski, Fabienne A.Weber, Sameera S. Patel, Marc W. Schmid, Jiwen Li, Jafar Sharif, Guido A. Wanner, Haruhiko Koseki, JieminWong, Pawel Pelczar, Lorenza Penengo, Raffaella Santoro, and Paolo Cinelli. Pramel7 mediates ground-state pluripotency through proteasomal-epigenetic combined pathways. Nature Cell Biology. 12 June 2017. doi:10.1038/ncb3554

Kontakt:
PD Dr. sc. nat. Paolo Cinelli
Klinik für Traumatologie
UniversitätsSpital Zürich
Tel. +41 44 255 36 78
E-Mail: paolo.cinelli@usz.ch

Weitere Informationen:

http://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2017/Perfekte-Pluripotenz.html

Kurt Bodenmüller | Universität Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics