Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Rezept für ein motorisches Neuron

09.12.2016

Wie die Mechanismen der direkten Programmierung von Stammzellen für Zellersatztherapien eingesetzt werden könnten. Pressemitteilung der New York University.

Stammzellen können direkt zu Motoneuronen umprogrammiert werden. Was dabei in der Zelle passiert, hat ein internationales Forschungsteam nun herausgefunden. Sie entdeckten einen dynamischen, mehrstufigen Prozess, in dem mehrere unabhängige Veränderungen konvergieren, um Stammzellen in Motoneuronen zu verwandeln.

„Es gibt großes Interesse an der Erzeugung von Motoneuronen, um grundlegende Entwicklungsprozesse sowie Erkrankungen wie die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und die spinale Muskelatrophie erforschen“, erklärt Shaun Mahony, Assistenzprofessor für Biochemie und Molekularbiologie an der Pennsylvania State University und einer der Hauptautoren des Artikels.

„Durch die ausführliche Beschreibung der Mechanismen, die der direkten Programmierung von Motoneuronen aus Stammzellen zugrunde liegen, trägt unsere Studie nicht nur zur wissenschaftlichen Erforschung der Motoneuronen-Entwicklung und der damit im Zusammenhang stehenden Erkrankungen bei. Sie erweitert auch unser Verständnis des Programmierungsvorgangs und kann so zur Entwicklung von Verfahren beitragen, mit denen sich aus Stammzellen andere Zelltypen generieren lassen.“

Verfahren zur direkten Programmierung könnten eines Tages genutzt werden, um bestimmte Zelltypen aus anderen zu erzeugen und so fehlende oder geschädigte Zellen zu ersetzen. Die Untersuchungsergebnisse erscheinen am 8. Dezember 2016 online in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell und zeigen, vor welchen Herausforderungen die Zellersatztechnologie derzeit noch steht. Sie weisen jedoch auch einen möglichen Weg zur Entwicklung besser anwendbarer Verfahren auf.

„Die direkte Programmierung birgt zwar enormes therapeutisches Potenzial, ist jedoch im Allgemeinen ineffizient und berücksichtigt die molekulare Komplexität nicht genügend“, so Esteban Mazzoni, Assistenzprofessor am Fachbereich Biologie der New York University und ebenfalls ein Hauptautor der Studie. „Unsere Untersuchungsergebnisse geben jedoch Hinweise auf mögliche neue Ansätze für verbesserte gentherapeutische Verfahren.“

Die Forscher hatten bereits zuvor den Nachweis erbracht, dass sich durch die Expression von drei Transkriptionsfaktoren – also Genen, die die Expression anderer Gene steuern – Stammzellen von Mäuseembryonen in Motoneuronen umwandeln lassen. Diese Transformation dauert etwa zwei Tage. Um genauere Erkenntnisse über die zellulären und genetischen Mechanismen zu gewinnen, die der Umwandlung zugrunde liegen, untersuchten die Forscher nun, wie die Transkriptionsfaktoren an die DNA banden, sowie die resultierenden Veränderungen der Genexpression und Chromatin-Modifikationen innerhalb von 6-Stunden-Intervallen im Laufe der Umwandlung.

„Wir verfügen über ein sehr effizientes System, mit dem wir Stammzellen mit einer Erfolgsquote von 90 bis 95 Prozent in Motoneuronen verwandeln können, indem wir den richtigen Mix aus Transkriptionsfaktoren hinzufügen“, so Dr. Mahony. „Diese hohe Effizienz hat es uns ermöglicht, genau zu ermitteln, was sich während dieser Veränderung innerhalb der Zelle abspielt.“

„Eine Zelle des Embryos durchläuft bei ihrer Entwicklung mehrere Zwischenstadien“, erklärt Prof. Dr. Uwe Ohler, Wissenschaftler am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) in Berlin und einer der Hauptautoren der Studie. „Bei der direkten Programmierung fallen diese Zwischenschritte weg. Wir tauschen das komplette Transkriptionsnetzwerk der Zelle mit einem Schlag aus, ohne dass dabei die zellulären Zwischenphasen durchlaufen werden. Wir wollten herausfinden, wie der zeitliche Ablauf und die Kinetik der Chromatin-Modifikationen und Transkriptionsereignisse aussehen, die direkt über das endgültige Schicksal der Zelle bestimmen.“

Dabei entdeckte das Forscherteam ein überraschendes Maß an Komplexität: Die Programmierung dieser Stammzellen zu Neuronen ist das Ergebnis zweier unabhängiger Transkriptionsprozesse, die letztendlich zusammenlaufen.

Zu Beginn dieses Prozesses arbeiten zwei der beteiligten Transkriptionsfaktoren – Isl1 und Lhx3 – zusammen. Sie binden sich an das Genom und setzen eine Reihe von Ereignissen in Gang, darunter Veränderungen an der Chromatinstruktur und der Genexpression in den Zellen.

Der dritte Transkriptionsfaktor, Ngn2, bewirkt unabhängig davon weitere Veränderungen an der Genexpression. Im weiteren Verlauf des Transformationsprozesses nutzen Isl1 und Lhx3 Zellveränderungen, die von Ngn2 ausgelöst wurden, um die Umwandlung abzuschließen. Um dieselbe Zellveränderung durch direkte Programmierung zu erwirken, müssen diese beiden Prozesse erfolgreich koordiniert werden.

„Die direkte Programmierung wird von vielen Wissenschaftlern als potenziell attraktive Methode betrachtet, da sie sowohl in vitro – also außerhalb des lebenden Organismus – durchgeführt werden kann, als auch in vivo – im lebenden Körper selbst und vor allem dort, wo die Zellschädigung vorliegt“, so Mazzoni. „Es gibt jedoch noch offene Fragen bezüglich der konkreten Anwendbarkeit für die Zellreparatur, insbesondere deshalb, weil der biologische Prozess so hoch komplex ist. Wir halten es langfristig für möglich und sinnvoll, die neuen Erkenntnisse beispielsweise dafür einzusetzen, Zellen im Rückenmark zu manipulieren, um so die Neuronen zu ersetzen, die für willkürliche Bewegungen benötigt und durch Erkrankungen wie ALS zerstört werden.“

Mitglieder des Forschungsteams waren neben Prof. Esteban Mazzoni, Prof. Shaun Mahony und Prof. Uwe Ohler auch Dr. Silvia Velasco, Görkem Garipler, Begüm Aydin, Mohamed Ahmed Al-Sayegh, Farah Abdul-Rohman und Prof. Rahul Satija von der New York University, Mahmoud M. Ibrahim und Antje Hirsekorn am MDC und Akshay Kakumanu von der Pennsylvania State University.

Unterstützt wird das Forschungsprojekt durch das National Institute of Child Health and Human Development, das Project ALS, das Doktoranden-Austauschprogramm von Max-Delbrück-Centrum und New York University, der Simons Foundation und dem Center für Eukaryotic Gene Regulation an der Pennsylvania State University.

Silvia Velasco et al. (2016): „A Multi-step Transcriptional and Chromatin State Cascade Underlies Motor Neuron Programming from Embryonic Stem Cells.“ Cell Stem Cell 20. doi: j.stem.2016.11.006

Weitere Informationen:

https://insights.mdc-berlin.de/de/2016/12/das-rezept-fuer-ein-motorisches-neuron... – Diese Meldung auf den Seiten des MDC

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

Weitere Berichte zu: MDC Max-Delbrück-Centrum Molekulare Medizin Neuron Stammzellen Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues aus der Schaltzentrale
18.07.2018 | Karl-Franzens-Universität Graz

nachricht Chemische Waffe durch laterale Gen-Übertragung schützt Wollkäfer gegen schädliche Pilze
18.07.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

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