Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum manche Zellen alles können

19.12.2017

Eine neue Studie im Fachmagazin ‚Nature Genetics‘ beschreibt eine Gruppe von embryonalen Stammzellen, die sich zu totipotenten Alleskönnern umprogrammieren lassen. Die Autoren vom Münchner Helmholtz Zentrum und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) konnten zudem den Mechanismus aufklären, wie es dazu kommt.

Der Begriff Totipotenz (von lateinisch totus „ganz“ und potentia „Vermögen, Kraft“) beschreibt die Fähigkeit von Zellen, sich in alle anderen Zelltypen des Körpers zu entwickeln. Das beste Beispiel für so einen Alleskönner ist die befruchtete Eizelle, aus der sich alle weiteren Zellen des entstehenden Lebens bilden. Aber auch noch nach der ersten Teilung im 2-Zell-Stadium bleibt diese Totipotenz erhalten. Die Stammzellen des späteren Embryos hingegen sind lediglich pluripotent, können also viele Zelltypen bilden, aber eben nicht alle.


Fluoreszenzbild muriner embryonaler Stammzellen: Zellkerne sind in Blau, 2CLCs in Grün und Zellen im Übergang in Rot dargestellt.

Quelle: Helmholtz Zentrum München/IES

Hält man allerdings solche embryonalen Stammzellen in Kultur, so entwickelt ein winziger Teil (rund ein Prozent) davon eine Totipotenz, wie sie dem 2-Zell-Stadium entspricht. Im englischen werden diese Zellen 2CLCs (2-cell-like cells) genannt.

Herauszufinden was hinter diesem Phänomen steckt, war die Motivation des Teams um Prof. Dr. Maria Elena Torres-Padilla. Sie ist Direktorin des Instituts für Epigenetik und Stammzellen (IES) am Helmholtz Zentrum München und Professorin für Stammzellbiologie an der LMU.

Embryonale Stammzellen mit Farbspiel-Trick abgetrennt

Dazu wollten die Forscher zunächst die aktiven Gene zwischen embryonalen Stammzellen und 2CLCs vergleichen und benutzten dafür einen Trick: Wenn Zellen im 2CLC-Stadium ankommen, wird sehr oft das Gen MERVL abgelesen. Die Forscher fusionierten nun das MERVL-Gen mit dem Gen für ein grün leuchtendes Protein. Anschließend konnten sie die grün leuchtenden 2CL-Zellen von den nicht leuchtenden „normalen“ embryonalen Stammzellen abtrennen.

Der anschließende Vergleich der beiden Gruppen ergab, dass vor allem das Gen Zscan4 während des Übergangs zur Totipotenz aktiv war. Wie beim Trick zuvor, fusionierte das Team das Zscan4-Gen mit dem Gen für ein rotes Protein. Beobachteten sie die Zellen unter dem Mikroskop, färbten sich die betreffenden Zellen zunächst rot und dann grün.

„Diese Beobachtungen zeigten uns, dass Zellen offensichtlich durch eine Übergangsphase müssen, bevor sie im 2CLC-Stadium ankommen“, erklärt Torres-Padilla. „Als nächstes wollten wir den treibenden Mechanismus dahinter aufdecken.“

Dazu wählte das Team einen sogenannten siRNA Screen: Mit dieser Methode ist es möglich, mehr als 1000 Gene gezielt zu beeinträchtigen, um zu sehen wie sich das auf die Entwicklung von 2CL-Zellen auswirkt. “Die Ergebnisse waren außergewöhnlich”, beschreibt IES-Wissenschaftler Dr. Xavier Gaume, gemeinsam mit Diego Rodriguez-Terrones, Erstautor der Studie. „Wir konnten zahlreiche Proteine identifizieren, die die Entstehung von 2CLCs regulieren.“ Besonders häufig entstanden 2CLCs, je seltener der Proteinkomplex Ep400/Tip60 vorlag.

Da der Faktor an der Verpackung von Chromatin* beteiligt ist, wollen die Forscher nun herausfinden, ob eine Öffnung des Chromatins grundsätzlich mit einer Totipotenz in Verbindung steht.

Weitere Informationen

* Chromatin bezeichnet das Erbgut (DNA) und die Proteine, die es verpacken und organisieren. Je nachdem wie dicht sich das Chromatin gepackt ist, können bestimmte Gene abgelesen werden oder eben nicht.

Hintergrund:
Erst kürzlich konnten die Forscher ebenfalls in ‚Nature Genetics‘ zeigen, dass sogenannte Retrotransposons eine wichtige Rolle in der Entwicklung des Embryos spielen. Auch hier ist die Öffnung des Chromatins ein Thema.

Original-Publikation:
Rodriguez-Terrones, D. & Gaume, X. et al. (2017): A molecular roadmap for the emergence of early-embryonic-like cells in culture. Nature Genetics, DOI: 10.1038/s41588-017-0016-5

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. Das Helmholtz Zentrum München ist Partner im Deutschen Zentrum für Diabetesforschung e.V. http://www.helmholtz-muenchen.de

Das Institut für Epigenetik und Stammzellen (IES) befasst sich mit der Erforschung und der Charakterisierung früher Ereignisse in der befruchteten Eizelle von Säugern. Die Wissenschaftler interessieren sich vor allem für die Totipotenz der Zellen, die im Laufe der Entwicklung verloren geht, und wollen aufklären, welche Veränderungen im Zellkern zu diesem Verlust führen. Ziel ist, ein besseres Verständnis der molekularen Abläufe zu bekommen und dadurch therapeutische Ansätze zu entwickeln, diese zu beeinflussen. http://www.helmholtz-muenchen.de/ies

Die LMU ist eine der führenden Universitäten in Europa mit einer über 500-jährigen Tradition. Sie bietet ein breites Spektrum aller Wissensgebiete – die ideale Basis für hervorragende Forschung und ein anspruchsvolles Lehrangebot. Es reicht von den Geistes- und Kultur- über Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften bis hin zur Medizin und den Naturwissenschaften. 15 Prozent der 50.000 Studierenden kommen aus dem Ausland – aus insgesamt 130 Nationen. Das Know-how und die Kreativität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bilden die Grundlage für die herausragende Forschungsbilanz der Universität. Der Erfolg der LMU in der Exzellenzinitiative, einem deutschlandweiten Wettbewerb zur Stärkung der universitären Spitzenforschung, dokumentiert eindrucksvoll die Forschungsstärke der Münchener Universität. http://www.lmu.de

Ansprechpartner für die Medien
Abteilung Kommunikation, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg - Tel. +49 89 3187 2238 - Fax: +49 89 3187 3324 - E-Mail: presse@helmholtz-muenchen.de

Fachliche Ansprechpartnerin
Prof. Dr. Maria Elena Torres-Padilla, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Institut für Epigenetik und Stammzellen, Marchioninistraße 25, 81377 München - Tel. +49 89 3187 3317 - E-Mail: torres-padilla@helmholtz-muenchen.de

Sonja Opitz | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Weitere Berichte zu: Chromatin Epigenetik Gen Genetics Gesundheit LMU Stammzellen Trick Umwelt Zellen Zelltypen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Revolution im Bienenstock: Forscher entdecken Gen, das Bienen zu Sozialparasiten werden lässt
21.01.2019 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Wie viel Regenwald brauchen Vögel? Göttinger Forscherteam beschreibt Schwellenwerte für Waldanteile
21.01.2019 | Georg-August-Universität Göttingen

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: Klassisches Doppelspalt-Experiment in neuem Licht

Internationale Forschergruppe entwickelt neue Röntgenspektroskopie-Methode basierend auf dem klassischen Doppelspalt-Experiment, um neue Erkenntnisse über die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern zu gewinnen.

Einem internationalen Forscherteam unter Führung von Physikern des Sonderforschungsbereichs 1238 der Universität zu Köln ist es gelungen, eine neue Variante...

Im Focus: Ten-year anniversary of the Neumayer Station III

The scientific and political community alike stress the importance of German Antarctic research

Joint Press Release from the BMBF and AWI

The Antarctic is a frigid continent south of the Antarctic Circle, where researchers are the only inhabitants. Despite the hostile conditions, here the Alfred...

Im Focus: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Smarte Sensorik für Mobilität und Produktion 4.0 am 07. Februar 2019 in Oldenburg

18.01.2019 | Veranstaltungen

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

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

Neues Material soll Grenzen der Silicium-Elektronik überwinden

21.01.2019 | Energie und Elektrotechnik

water meets....Future - Abwasser nachhaltig nutzen

21.01.2019 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Inbetriebnahme eines 3D-Bewegungssimulators am "kunststoffcampus bayern“ in Weißenburg

21.01.2019 | Verkehr Logistik

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