Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chromatin-öffnende Elemente erlauben Tetrazyklin-induzierbare Genexpression in Stammzellen

28.11.2018

In der modernen Biomedizin werden aus reprogrammierten Stammzellen (induzierte pluripotente Stammzellen, iPS) Zelltherapeutika hergestellt. Hierzu können diese Zellen im späteren Verlauf noch zusätzlich genetisch modifiziert werden. Allerdings treten häufig unbeabsichtigte Mechanismen auf, welche die Genexpression stilllegen. Forschende des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI) haben induzierbare (aktivierbare) Vektoren entwickelt, die mit Hilfe eines Chromatin-öffnenden Elements (UCOE, ubiquitious chromatin opening element) den relevanten genmodifizierten Abschnitt dauerhaft offen und damit aktiv halten. Über die Forschungsergebnisse berichtet die Zeitschrift Biomaterials online vorab am 24.11.18.

Seit der Entdeckung der Reprogrammierung normaler (somatischer) Körperzellen in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) hat die Entwicklung von Zelltherapeutika aus solchen pluripotenten Stammzellen an Fahrt aufgenommen.


Induzierte Transgen-Expression (GFP, grüne Fluoreszenz) in ersten Differenzierungsstufen aus iPS-Zellen. Vergleich zwischen Durchlicht- und Fluoreszenzmikroskopie.

Quelle: PEI

Während somatische Zellen einen bestimmten Zelltyp darstellen und auf diesen Zelltyp festgelegt sind, können sich pluripotente Stammzellen zu ganz unterschiedlichen Zelltypen differenzieren. Und genau diese Eigenschaft wird für die Entwicklung von Zelltherapeutika genutzt.

Nicht nur die Umwandlung einer normalen Körperzelle in die induziert pluripotente Stammzelle ist eine Wissenschaft, auch der Weg von diesen "formbaren" Zellen in den gewünschten Zelltyp (Effektorzelle) ist wissenschaftlich herausfordernd: Hierbei können z.B. Transkriptionsfaktoren unterstützen, die durch genetische Modifikation der pluripotenten Zellen eingebracht werden.

Erst die Aktivität in definierten Zeitfenstern führt zu einem Nutzen. Das Einschleusen dieser fremden Gene in Zellen erfolgt oftmals durch retrovirale Genfähren (Vektoren). Defekte Zellen können so korrigiert oder die Effizienz der Herstellung von somatischen Zellen aus iPSC gesteigert werden.

Allerdings werden dabei die zuvor integrierten retroviralen Vektorgenome oftmals durch epigenetische Mechanismen stillgelegt ("gesilenced"). Dabei werden an bestimmte Genabschnitte (transgene Expressionskassetten) Methylgruppen angeheftet, die wie ein Verschluss wirken. Der Vorteil dieser neu eingebrachten Gene wird revidiert und es kann sogar die Differenzierung der Zellen gestoppt werden.

Wie lässt sich diese Stilllegung verhindern ohne die Induzierbarkeit zu beeinflussen? Forschende um Prof. Ute Modlich, Forschungsgruppe 'Genmodifikation in Stammzellen', Abteilung Veterinärmedizin des PEI, und Kolleginnen und Kollegen der Abteilung Biotechnologie haben induzierbare Vektoren entwickelt, die mit Hilfe eines ubiquitären Chromatin-öffnenden Elements den genmodifizierten Ort offenhalten.

Hierzu bauten sie verschiedene Fragmente des humanen HNRPA2B1-CBX3 UCOE in induzierbare retrovirale Vektoren ein. Die Vektoren lassen sich über einen Promoter induzieren, der wiederum von dem Antibiotikum Tetrazyklin aktiviert wird. Alles Notwendige steckt in dem einen Vektor – daher auch als "All-in-One Vector" bezeichnet.

Im nächsten Schritt überprüften die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Funktionalität der Vektoren in verschiedenen Zelllinien sowie in iPSC von Mäusen und Menschen. Sie konnten nachweisen, dass das Einfügen des UCOE nicht die Steuerbarkeit der Vektoren beeinträchtigte:

Die Vektoren konnten weiterhin sehr gut angeschaltet – wichtig für eine gute therapeutische Wirksamkeit – und ausgeschaltet werden. Dies ist wiederum wichtig, um keine störenden Effekte zu erhalten. Einige der getesteten Vektoren bewahrten ihre Expressionsaktivität bei den iPSC von Maus und Mensch und zwar sowohl im Stadium der Pluripotenz, als auch während der Differenzierung.

Aus Sicht der Forscherinnen und Forscher ermöglichen diese neuen Vektoren eine genetische Modifikation von iPS-Zellen mit sicherer Regulation der Transgenexpression. Im nächsten Schritt wollen die Forscher die Vektoren nutzen, um effizienter Blutzellen aus iPS-Zellen herzustellen.

Originalpublikation:

Cullmann K, Blokland KEC, Sebe S, Schenk F, Ivics Z, Heinz N, Modlich U (2018): Sustained and regulated gene expression by Tet-inducible "All-In-One" retroviral vectors containing the HNRPA2B1-CBX3 UCOE.
Biomaterials Nov 24 [Epub ahead of print]
DOI: doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.11.006

Weitere Informationen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296121830783X - Abstract der Publikation
https://www.pei.de/DE/infos/presse/pressemitteilungen/2018/25-chromatin-oeffnend... - diese PM auf den Seiten des Paul-Ehrlich-Instituts

Dr. Susanne Stöcker | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Freund oder Feind?
14.07.2020 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Selbst bei Bakterien können sich Geschwister unterscheiden
14.07.2020 | Eberhard Karls Universität Tübingen

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: Hammer-on – wie man Atome schneller schwingen lässt

Schwingungen von Atomen in einem Kristall des Halbleiters Galliumarsenid (GaAs) lassen sich durch einen optisch erzeugten Strom impulsiv zu höherer Frequenz verschieben. Die mit dem Strom verknüpfte Ladungsverschiebung zwischen Gallium- und Arsen-Atomen wirkt über elektrische Wechselwirkungen zurück auf die Schwingungen.

Hammer-on ist eine von vielen Rockmusikern benutzte Technik, um mit der Gitarre schnelle Tonfolgen zu spielen und zu verbinden. Dabei wird eine schwingende...

Im Focus: Kryoelektronenmikroskopie: Hochauflösende Bilder mit günstiger Technik

Mit einem Standard-Kryoelektronenmikroskop erzielen Biochemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erstaunlich gute Aufnahmen, die mit denen weit teurerer Geräte mithalten können. Es ist ihnen gelungen, die Struktur eines Eisenspeicherproteins fast bis auf Atomebene aufzuklären. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "PLOS One" veröffentlicht.

Kryoelektronenmikroskopie hat in den vergangenen Jahren entscheidend an Bedeutung gewonnen, besonders um die Struktur von Proteinen aufzuklären. Die Entwickler...

Im Focus: Electron cryo-microscopy: Using inexpensive technology to produce high-resolution images

Biochemists at Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) have used a standard electron cryo-microscope to achieve surprisingly good images that are on par with those taken by far more sophisticated equipment. They have succeeded in determining the structure of ferritin almost at the atomic level. Their results were published in the journal "PLOS ONE".

Electron cryo-microscopy has become increasingly important in recent years, especially in shedding light on protein structures. The developers of the new...

Im Focus: Neue Schlankheitstipps für Computerchips

Lange Zeit hat man in der Elektronik etwas Wichtiges vernachlässigt: Wenn man elektronische Bauteile immer kleiner machen will, braucht man dafür auch die passenden Isolator-Materialien.

Immer kleiner und immer kompakter – das ist die Richtung, in die sich Computerchips getrieben von der Industrie entwickeln. Daher gelten sogenannte...

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Anwendungslabor Industrie 4.0 der THD: Smarte Lösungen für die Unikatproduktion

14.07.2020 | Informationstechnologie

Neue Kunststoff-Schaltschränke AX von Rittal

14.07.2020 | Maschinenbau

Förderanlagen: Mehr Flexibilität durch optimierte Layouts

14.07.2020 | Maschinenbau

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