Anzeige
Now, researchers at the Stowers Institute for Medical Research teased apart the molecular mechanisms enabling stem cell renewal in hematopoietic stem cells isolated from mice and successfully applied their insight to expand cultured hematopoietic stem cells a hundredfold.
Their findings, which will be published in the Sept. 15, 2011, edition of Genes & Development, demonstrate that self-renewal requires three complementary events: proliferation, active suppression of differentiation and programmed cell death during proliferation.
"The previous efforts so far to grow and expand scarce hematopoietic stem cells in culture for therapeutic applications have been met with limited success", says Stowers investigator Linheng Li, Ph.D., who led the study. "Being able to tap into stem cell's inherent potential for self-renewal could turn limited sources of hematopoietic stem cells such as umbilical cord blood into more widely available resources for hematopoietic stem cells," he adds while cautioning that their findings have yet to be replicated in human cells.
The transplantation of human hematopoietic stem cells isolated from bone marrow is used in the treatment of anemia, immune deficiencies and other diseases, including cancer. However, since bone marrow transplants require a suitable donor-recipient tissue match, the number of potential donors is limited.
Hematopoietic stem cells isolated from umbilical cord blood could be a good alternative source: Readily available and immunologically immature, they allow the donor-recipient match to be less than perfect without the risk of immune rejection of the transplant. Unfortunately, their therapeutic use is limited since umbilical cord blood contains only a small number of stem cells.
Although self-renewal is typically considered a single trait of stem cells, Li and his team wondered whether it could be pulled apart into three distinct requirements: proliferation, maintenance of the undifferentiated state, and the suppression of programmed cell death or apoptosis. "The default state of stem cells is to differentiate into a specialized cell types," explains postdoctoral researcher and first author John Perry, Ph.D. "Differentiation must be blocked in order for stem cells to undergo self-renewal."
Proliferation of stem cells in an undifferentiated state, however, calls tumor suppressor genes into action. These genes help prevent cancer by inducing a process of cell death known as apoptosis. "Consequently, self-renewal of adult stem cells must also include a third event, the active suppression of apoptosis," says Perry.
To test their hypothesis, Perry and his colleagues isolated hematopoietic stem cells from mice and analyzed two key genetic pathways—the Wnt/â-catenin and PI3K/Akt pathways. Wnt proteins had been identified as "self-renewal factors," while PI3K/Akt activation had been shown to induce proliferation and promote survival by inhibiting apoptosis.
Surprisingly, activation of the Wnt/â-catenin pathway alone blocked differentiation but eventually resulted in cell death, while activation of the PI3K/Akt pathway alone increased differentiation but facilitated cell survival. Only when both pathways were activated, did the pool of hematopoietic stem cells start expanding. "This demonstrated both pathways had to cooperate to promote self-renewal," says Perry.
Although altering both pathways drives self-renewal of hematopoietic stem cells, it also permanently blocks their ability to mature into fully functional blood cells. To sidestep the differentiation block and generate normal, functioning hematopoietic stem cells usable for therapy, the Stowers scientists used small molecules to reversibly activate both the Wnt/â-catenin and PI3K/Akt pathways in culture.
"We were able to expand the most primitive hematopoietic stem cells, which, when transplanted back into mice gave rise to all blood cell types throughout three, sequential transplantation experiments," says Li. "If similar results can be achieved using human hematopoietic stem cells from sources such as umbilical cord blood, this work is expected to have substantial clinical impact."
Researchers who also contributed to the work include Xi C. He, Ryohichi Sugimura, Justin C. Grindley and Jeffrey S. Haug at the Stowers Institute for Medical Research and Sheng Ding in the Gladstone Institute of Cardiovascular Disease at the University of California, San Francisco.
The work was funded in part by the Stowers Institute for Medical Research and the Leukemia & Lymphoma Society.
About the Stowers Institute for Medical Research
The Stowers Institute for Medical Research is a non-profit, basic biomedical research organization dedicated to improving human health by studying the fundamental processes of life. Jim Stowers, founder of American Century Investments, and his wife Virginia opened the Institute in 2000. Since then, the Institute has spent over 800 million dollars in pursuit of its mission. Currently the Institute is home to nearly 500 researchers and support personnel; over 20 independent research programs; and more than a dozen technology development and core facilities. Learn more about the Institute at www.stowers.org.
Gina Kirchweger | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.stowers.org
Weitere Berichte zu: adult stem cell > blood cell > bone marrow > bone marrow transplant > cell death > cell type > cord blood > hematopoietic stem cells > human cell > Medical Wellness > molecular mechanism > programmed cell death > stem cells > tumor suppressor gene > umbilical cord blood
Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center
Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.
„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...
Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen
Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.
Jetzt ...
Anzeige
Anzeige

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik
Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen
23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Nea Kameni volcano movement captured by Envisat
23.05.2012 | Geowissenschaften
Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Exklusive Kontakte beim Investforum
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten