Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stammzellen von Wurm und Mensch ähnlicher als gedacht

09.08.2016

In Stammzellen von Plattwürmern und Menschen sind die gleichen grundlegenden Steuerungsmechanismen aktiv. In den Zellen beider Organismen wird der Träger der abgelesenen Erbinformation – die RNA – auf ähnliche Art und Weise nachbearbeitet. Diese Mechanismen sind nicht nur bei Menschen, sondern wahrscheinlich für das ganze Tierreich relevant, wie Wissenschaftler vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) zusammen mit internationalen Partnern durch genomweite Studien an Plattwürmern gezeigt haben. Die Ergebnisse erschienen nun im Journal eLife.

Stammzellen sind zelluläre Alleskönner, die sich in jedes mögliche Gewebe verwandeln können. Wegen ihres Potenzials für die regenerative Medizin werden sie seit Jahren intensiv erforscht. Dabei sind Plattwürmer besonders interessant, da sie im ganzen Körper zahlreiche Stammzellen aufweisen, die ihnen eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit verleihen: Ein abgetrenntes Teil ihres Körpers können sie vollständig neu bilden.


Plattwürmer haben eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit. Ein Wurm (oben), der in mehrere Stücke zerteilt wird (Mitte) regeneriert aus jedem Teilstück einen neuen Wurm, wie ganz unten dargestellt

Bild: Jordi Solana/MDC.


Ein Plattwurm der Art Schmidtea mediterranea.

Bild: Jordi Solana/MDC.

Für die besonderen Fähigkeiten von Stammzellen sind spezifisch aktivierte Gene verantwortlich. Die Gene werden dabei in das temporäre RNA-Format umgeschrieben, das wiederum als Bauplan für Proteine dienen kann. Zusätzlich wird die RNA meistens durch „Splicing“ verändert.

Hierbei werden Teilstücke der RNA neu kombiniert, indem „Introns“ genannte Abschnitte entfernt werden, während „Exons“ verbleiben. Stehen mehrere Alternativen von Exons zur Auswahl, werden diese von der Zelle gezielt ausgewählt. Durch diesen „alternatives Splicing“ genannten Prozess werden aus einem Gen verschiedene Proteinvarianten erzeugt, die spezialisierte Aufgaben haben.

# Eine internationale Forschungskooperation untersucht Splicing-Prozesse in den Stammzellen der Plattwürmer

Ob alternatives Splicing auch für die Stammzelleigenschaften bei Plattwürmern relevant ist, war bisher nicht bekannt. Um mehr darüber herausfinden, kooperierte Postdoktorand Dr. Jordi Solana aus dem Labor von Prof. Nikolaus Rajewsky im Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB) des MDC mit Dr. Manuel Irimia vom Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona und dem Team von Prof. Benjamin J. Blencowe an der University of Toronto. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal eLife.

Solana interessiert sich für die Stammzellbiologie des Plattwurms Schmidtea mediterranea und bearbeitet das Thema gemeinsam mit dem Forschungsteam von Nikolaus Rajewsky, das für seine systembiologische Expertise bekannt ist und den Plattwurm als Modellsystem nutzt. Er arbeitet eng mit Irimia zusammen, der sich auf Splicing-Prozesse spezialisiert hat. „Wir haben in bisher unerreichter Detailgenauigkeit untersucht, welche Gene entweder in fertig entwickelten Zellen oder Stammzellen der Würmer abgelesen und dann durch alternatives Splicing nachbearbeitet werden“, sagen die Forscher über ihre Arbeit.

# Splicing-Prozesse als zentrale Regulatoren von Stammzell-Eigenschaften

Sie entdeckten Splicing-Prozesse, die spezifisch nur in den Stammzellen der Tierchen aktiv waren, und identifizierten zahlreiche alternative Exons für stammzellspezifische Proteinvarianten. Die Forscher überraschte, dass Introns häufig nicht aus der RNA entfernt wurden. Wurden Introns zurückgehalten, konnte gar kein funktionierendes Protein mehr hergestellt werden. In den vollentwickelten Zellen beobachteten sie „Mikro-Exons“, also sehr kurze Exon-Sequenzen.

Im Experiment schalteten die Forscher dann die Proteine ab, die alternatives Splicing steuern. Eines davon ist das Protein MBNL, das die Herstellung von stammzelltypischen Proteinvarianten in entwickelten Zellen unterdrückt. Sie entdeckten auch, dass das Protein CELF dem MBNL-Protein entgegenwirkt, indem es in den Stammzellen die Herstellung dieser Varianten anregt. Bei der Differenzierung von der Stammzelle zur Gewebezelle konkurrierten die beiden Splicing-Faktoren miteinander und rangen um Vorherrschaft. Dieses Wechselspiel von MBNL und CELF wurde zuvor nur in Zellen von Säugetieren beobachtet.

# Bedeutsam für die Forschung an Modellorganismen und aus evolutionsbiologischer Sicht

„Wir haben ganz neue Faktoren identifiziert, die wir aus der üblichen Forschung an Säugetierzellen noch nicht kannten. Mit diesem Wissen können wir nun in menschlichen Zellen gezielt überprüfen, ob dort die gleichen Mechanismen aktiv sind“, kommentiert Solana.

Prof. Nikolaus Rajewsky, Spezialist für RNA-Systembiologie, sagt: „Besonders faszinierend ist, dass die Funktion von MBNL erst durch das konkurrierende CELF-Protein nachvollziehbar wird. Vielleicht muss man auch bei anderen Splicing-Faktoren davon ausgehen, dass sie mit miteinander kooperieren oder im Wettbewerb stehen.“
Die Arbeit wirft auch grundlegende Fragen über Stammzellen in Tieren auf, sagt Solana: „Den Antagonismus von MBNL und CELF in Plattwürmern wiederzufinden, ist evolutionsbiologisch interessant. Wie wir zeigen konnten, sind diese Mechanismen in evolutionär extrem weit entfernten Abstammungslinien vorhanden und damit vermutlich relevant für das gesamte Tierreich.“


Jordi Solana, Manuel Irimia et al. (2016): „Conserved functional antagonism of CELF and MBNL proteins controls stem cell-specific alternative splicing in planarians.“ eLife. DOI: 10.7554/eLife.16797

Jordi Solana und Manuel Irimia haben gleichermaßen zur Arbeit beigetragen.

Weitere Informationen:

https://edoc.mdc-berlin.de/15892/ – Manuskript im Repositorium des MDC

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Tief in die Zelle geblickt
05.08.2020 | Technische Universität Berlin

nachricht Tellur macht den Unterschied
05.08.2020 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Im Focus: Lastenfahrräder: Leichtbaupotenziale erkennen und nutzen

Lastenräder sind »hipp« und ein Symbol für klimafreundliche Mobilität, tagtäglich begegnen wir ihnen. Straßen und Radwege müssen an diese neue Fahrzeugkategorie angepasst werden. Aber nicht nur die Infrastruktur kann optimiert werden, Lastenräder selbst bieten noch reichlich Potenzial. Im neu gestarteten Projekt »LastenLeichtBauFahrrad« (L-LBF) suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF zusätzliche Leichtbaupotenziale dieser urbanen Vehikel. Über die Fortschritte des Projekts informiert eine eigene Webseite unter www.lbf.fraunhofer.de/L-LBF 

Form und Design von Lastenfahrrädern variieren von schnittig schick bis kastig oder tonnig. Sie stellen das neue Statussymbol der »mittleren Generation« dar....

Im Focus: AI & single-cell genomics

New software predicts cell fate

Traditional single-cell sequencing methods help to reveal insights about cellular differences and functions - but they do this with static snapshots only...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

Städte als zukünftige Orte der Nahrungsmittelproduktion?

29.07.2020 | Veranstaltungen

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

Tief in die Zelle geblickt

05.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Tellur macht den Unterschied

05.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Humane zellbasierte Testsysteme für Toxizitätsstudien: Ready-to-use Tox-Assay (hiPS)

05.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

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