Die Entdeckung der Reprogrammierungssignatur könnte dazu beitragen, Hindernisse für die stammzellbasierte regenerative Medizin zu überwinden

Die Entdeckung der Reprogrammierungssignatur könnte dazu beitragen, Hindernisse für die stammzellbasierte regenerative Medizin zu überwinden

Salk-Wissenschaftler zeigen neun Gene, die epigenetischen Veränderungen in induzierten pluripotenten Stammzellen zugrunde liegen

LA JOLLA, CA – Salk-Wissenschaftler haben eine einzigartige molekulare Signatur in induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) identifiziert, „umprogrammierten“ Zellen, die dank ihrer Fähigkeit, eine Reihe von Körpergeweben zu erzeugen, großes Potenzial für die regenerative Medizin haben.

In dieser Woche Proceedings of the National Academy of Sciencesberichten die Salk-Wissenschaftler und ihre Mitarbeiter an der University of California, San Diego, dass es einen konsistenten, charakteristischen Unterschied zwischen embryonalen und induzierten pluripotenten Stammzellen gibt. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Hürden für den Einsatz der induzierten Stammzellen in der regenerativen Medizin zu überwinden.

Eine Kolonie induzierter pluripotenter Stammzellen. Blaue Fluoreszenz weist auf Zellkerne hin; Rot und Grün sind Marker für Pluripotenz.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Wir glauben, dass iPSCs ein großes Potenzial für die Behandlung menschlicher Patienten haben“, sagt er Juan Carlos Izpisúa Belmonte, ein Professor in Salk's Genexpressionslabor und der leitende Autor des Artikels. „Dennoch müssen wir die molekularen Mechanismen, die ihr Sicherheitsprofil bestimmen, gründlich verstehen, um von ihrer Funktion im menschlichen Körper überzeugt zu sein. Mit der Entdeckung dieser kleinen, aber offensichtlichen epigenetischen Unterschiede glauben wir, dass wir diesem Ziel nun einen Schritt näher gekommen sind.“

Embryonale Stammzellen (ESCs) sind für ihre „Pluripotenz“ bekannt, die Fähigkeit, sich in nahezu jede Zelle im Körper zu differenzieren. Aufgrund dieser Fähigkeit wurde lange angenommen, dass ESCs ideal für therapeutische Zwecke angepasst werden könnten. Wenn ESCs jedoch zu bestimmten Zelltypen heranreifen und dann einem Patienten transplantiert werden, können sie Immunreaktionen auslösen, die möglicherweise dazu führen, dass der Patient die Zellen abstößt.

Im Jahr 2006 entdeckten Wissenschaftler, wie man reife Zellen, die sich bereits in bestimmte Zelltypen wie Hautzellen oder Haarzellen differenziert hatten, wieder in einen pluripotenten Zustand zurückversetzen kann. Diese „induzierten pluripotenten Stammzellen“ (iPSCs), die aus patienteneigenen Zellen entwickelt werden könnten, bergen theoretisch kein Risiko einer Immunabstoßung.

Wissenschaftler fanden jedoch heraus, dass iPSCs molekulare Unterschiede zu embryonalen Stammzellen aufwiesen. Insbesondere gab es epigenetische Veränderungen, chemische Veränderungen in der DNA, die die genetische Aktivität verändern könnten. An bestimmten Stellen im Genom des iPSC konnten Wissenschaftler im Vergleich zu den Genomen von ESCs das Vorhandensein unterschiedlicher Muster von Methylgruppen erkennen. Es schien, als ob diese Änderungen zufällig erfolgten.

Izpisua Belmonte und seine Kollegen wollten mehr über diese Unterschiede erfahren. Waren sie wirklich zufällig oder gab es ein erkennbares Muster?

Im Gegensatz zu früheren Studien, in denen in erster Linie iPSCs analysiert wurden, die nur aus einem reifen Zelltyp (hauptsächlich Bindegewebszellen, sogenannte Fibroblasten) stammen, untersuchten die Forscher von Salk und UCSD iPSCs, die aus sechs verschiedenen reifen Zelltypen stammten, um festzustellen, ob es Gemeinsamkeiten gab. Sie entdeckten, dass es zwar Hunderte von unvorhersehbaren Veränderungen gab, einige jedoch über alle Zelltypen hinweg konsistent blieben: Dieselben neun Gene waren mit diesen gemeinsamen Veränderungen in allen iPSCs verbunden.

Sergio Ruiz, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Juan Carlos Izpisua Belmonte, Professor, Genexpressionslabor.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Wir wussten, dass es Unterschiede zwischen iPSCs und ESCs gibt“, sagt Sergio Ruiz, Erstautor des Papiers, „wir haben jetzt ein Erkennungszeichen dafür, was sie sind.“

Die therapeutische Bedeutung dieser neun Gene bedarf weiterer Forschung. Die Bedeutung der aktuellen Studie besteht darin, dass sie Stammzellforschern ein neues und genaueres Verständnis von iPSCs vermittelt.

Weitere Forscher der Studie waren: Dinh Diep (Co-Erstautor), Athurva Gore, Athanasia D. Panopoulos, Nuria Montserrat, Nongluk Plongthongkum, Sachin Kumar, Ho-Lim Fung, Alessandra Giorgetti, Josipa Bilic, Erika M. Batchelder, Holm Zaehres, Natalia G. Kan, Hans R. Schöler, Mark Mercola und Kun Zhang.

Die Arbeit wurde durch Zuschüsse des Instituto de Salud Carlos III, des Focht-Powell Fellowship, der Fundacion Cellex, MINECO, unterstützt. Sanofi, der G. Harold und Leila Y. Mathers Wohltätigkeitsstiftung, Der Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust, CIRM und NIH.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Dozenten in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld grundlegende Fragen der Biowissenschaften untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.