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Zellen reprogrammieren sich automatisch

Erfolg und Enttäuschung: Bestimmte Zellen können sich offenbar von allein zu einer Art embryonalen Stammzellen entwickeln, haben Wissenschaftler um Hans Schöler festgestellt. Gleichzeitig haben andere Forscher entdeckt, dass sich umprogrammierte Hautzellen doch grundlegend von den echten embryonalen Zellen unterscheiden.

Bestimmte Zellen verjüngen sich von selbst: Lässt man speziellen Hoden-Zellen "viel Platz in der Kulturschale und genügend Zeit", dann versetzten sich einige von ihnen von selbst zurück in einen embryonalen Zustand. Das berichteten Wissenschaftler um Hans Schöler vom Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Biomedizin in Münster. Für diese Rückprogrammierung in sogenannte pluripotente Stammzellen mussten zuletzt wenigstens noch spezielle Proteine zugegeben werden, davor auch Gene mittels Viren. Bei den nun verwendeten Keimbahn-Stammzellen aus dem Hoden von Mäusen reichten allein gute Wachstums-Bedingungen. Die neuen Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift "Cell Stem Cell" veröffentlicht.

Dieser neu entdeckte selbstständige Neustart der Keimbahn-Stammzellen ist den Wissenschaftlern zufolge ein erster Schritt auf dem Weg, auch Körperzellen ohne größere Eingriffe in eine Art embryonale Stammzelle zurückzuverwandeln. Im Hoden bilden diese Keimbahn-Stammzellen immer wieder neue Spermien. Aus den umgewandelten Zellen ließen sich nun unter anderem Herz- und Nervenzellen züchten. Die Forscher stellten aus ihnen sogar Mäuse mit gemischtem Erbgut her, sogenannte Chimären.

Zufallsfund bei Routine-Experimenten

Der automatischen Reprogrammierung waren die Wissenschaftler bei Routine-Grundlagenforschungen auf die Spur gekommen. Weil im Mäusehoden verschiedene Zelltypen existieren, suchten sie eine klar definierte - und fanden dabei die sehr agilen Keimbahn-Stammzellen: "Jedes Mal, wenn wir ungefähr 8000 Zellen in die einzelnen Gefäße der Zellkultur-Platten gefüllt hatten, haben sich einige der Zellen nach zwei Wochen selbst reprogrammiert", erklärte MPI-Biologe Kinarm Ko zu den gewonnen gPS-Zellen (germline-derived pluripotent stem cells).

Fortschritte dieser Art in der Stammzell-Technik könnten die bisher für die Forschung noch so wichtigen, aber umstrittenen embryonalen Stammzellen irgendwann ersetzen. "Das Hauptziel ist, nur mit einem Substanz-Cocktail auszukommen", sagte Schöler. Mit Blick auf einen späteren Einsatz der Zellen zu medizinischen Therapiezwecken sei der nächste Schritt, auf diese Art und Weise auch menschliche Zellen zu reprogrammieren, sagte Schöler. "Körperzellen von reprogrammierten Keimbahn-Stammzellen von Menschen abzuleiten ist deswegen so interessant, weil sie fast keine Erbgutschäden tragen."

Bei umprogrammierten Hautzellen sind andere Gene aktiv

Eine andere Hoffnung wurde jedoch durch neue Forschungsergebnisse gedämpft: Bereits spezialisierte Hautzellen, die mit Hilfe von eingeschleusten Genen so umprogrammiert wurden, dass sie den embryonalen Stammzellen stark glichen, galten als Hoffnungsträger für den Ersatz embryonaler Stammzellen. Nach neuesten Erkenntnissen unterscheiden sie sich jedoch grundlegender von den echten embryonalen Zellen als bisher angenommen, haben Mark Chin von der Universität von Kalifornien und seine Kollegen herausgefunden.

Bekannt war, dass diese sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) bis auf einige kleine Unterschiede "nahezu identisch" zu den embryonalen Stammzellen waren. Ob es sich bei diesen Unterschieden jedoch um ein grundlegendes biologisches Phänomen oder um jeweils unterschiedliche Relikte der Umprogrammierung handelte, die eher zufällig entstanden, war bislang ungeklärt. Um das zu untersuchen, verglichen Chin und seine Kollegen jetzt kultivierte iPS von Menschen und Mäusen aus unterschiedlichen Laboren, die mit verschiedenen Methoden erzeugt worden waren, mit ebenfalls kultivierten embryonalen Stammzellen.

Das Ergebnis: Eine ganze Reihe von Genen ist in den beiden Zellarten unterschiedlich aktiv. Die Abweichungen fanden sich dabei vor allem bei Genen, die an grundlegenden zellulären Prozessen beteiligt sind wie der DNA-Reparatur oder der Energieproduktion, und an solchen, die die spätere Spezialisierung regeln. Offenbar gelinge es demnach bei den iPS nicht ganz, das ursprüngliche Programm der Hautzelle zu unterdrücken und das für Stammzellen typische effektiv zu aktivieren, schließen die Wissenschaftler.

Bei den Abweichungen handelt es sich nicht um Spuren der Umprogrammierung, denn das Muster ist unabhängig von der für die Verjüngung verwendeten Methode und sogar davon, ob die Zellen vom Menschen oder der Maus stammen. Die umprogrammierten Hautzellen sollten daher als eigene Klasse von vielseitigen Zellen betrachtet werden, empfehlen die Wissenschaftler ebenfalls in der neuen Ausgabe von "Cell Stem Cell". Welche Konsequenzen diese Unterschiede für einen möglichen späteren Einsatz in der Klinik haben, ist offen.

DPA/DDP/DPA
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