Einige Stammzellmethoden entsprechen eher dem „Goldstandard“ als andere

Einige Stammzellmethoden entsprechen eher dem „Goldstandard“ als andere

Salk-Forscher verglichen ein Dutzend Stammzelllinien und entdeckten, dass eine neuere Methode das etabliertere Protokoll übertrifft, wenn es darum geht, Zellen zu erzeugen, die denen eines menschlichen Embryos am ähnlichsten sind.

LA JOLLA – Forscher auf der ganzen Welt haben sich für potenzielle regenerative und krankheitstherapeutische Zwecke Stammzellen zugewandt, die das Potenzial haben, sich zu jedem Zelltyp im Körper zu entwickeln.

Jetzt zum ersten Mal Forscher des Salk Institute mit Mitarbeitern von Gesundheits- und naturwissenschaftliche Universität Oregon und der University of California, San Diegohaben gezeigt, dass Stammzellen, die mit zwei verschiedenen Methoden hergestellt wurden, alles andere als identisch sind. Die Erkenntnisse könnten zu verbesserten Möglichkeiten für die Entwicklung von Stammzelltherapien sowie zu einem besseren Verständnis der grundlegenden Biologie von Stammzellen führen.

Joseph R. Ecker, Professor – Labor für Genomanalyse

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Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

Die Forscher entdeckten, dass Stammzellen, die durch die Übertragung von genetischem Material aus einer Hautzelle in eine leere Eizelle entstehen – anstatt erwachsene Zellen durch die künstliche Aktivierung einer kleinen Anzahl von Genen in ihren embryonalen Zustand zurückzuversetzen – eher menschlichen embryonalen Stammzellen ähneln, die gelten als Goldstandard auf diesem Gebiet.

„Diese Zellen, die aus dem Zytoplasma von Eiern erzeugt wurden, weisen weniger Probleme bei der Neuprogrammierung auf, haben weniger Veränderungen in der Genexpression und ähneln eher echten embryonalen Stammzellen“, sagt Co-Hauptautor Joseph R. Ecker, Professor und Direktor des Genomic Analysis Laboratory von Salk und Co-Direktor des Center of Excellence for Stem Cell Genomics. Die Ergebnisse der Studie wurden heute in veröffentlicht Natur.

Menschliche embryonale Stammzellen (hESCs) werden direkt aus unbenutzten Embryonen entnommen, die bei der In-vitro-Fertilisation entsorgt wurden, aber ethische und logistische Probleme haben ihren Zugang eingeschränkt. In den Vereinigten Staaten wurde die Verwendung von hESCs durch Bundesmittel eingeschränkt, sodass Forscher sich anderen Methoden zur Herstellung von Stammzellen zugewandt haben. Am häufigsten erzeugen Wissenschaftler induzierte pluripotente Stammzellen (iPS), indem sie mit adulten Zellen (häufig aus der Haut) beginnen und eine Mischung von Genen hinzufügen, die bei Expression die Zellen in einen pluripotenten Stammzellzustand zurückversetzen. Forscher können dann die neuen Stammzellen dazu bringen, sich zu Zellen zu entwickeln, die denen im Gehirn oder im Herzen ähneln, und den Wissenschaftlern so ein wertvolles Modell für die Untersuchung menschlicher Krankheiten im Labor an die Hand geben.

Im vergangenen Jahr baute ein Team an der OHSU eine Technik namens somatischer Zellkerntransfer auf (die gleiche, die zum Klonen eines Organismus wie Dolly, dem Schaf, verwendet wird), um den DNA-haltigen Kern einer Hautzelle in einen leeren Menschen zu transplantieren Eizelle, die dann auf natürliche Weise zu einer Gruppe von Stammzellen heranreift.

Ecker, Inhaber des Vorsitzender des Salk International Council für Genetik, tat sich mit Shoukhrat Mitalipov zusammen, dem Entwickler der neuen Technik und Direktor des Zentrum für embryonale Zell- und Gentherapie an der OHSU und UCSD-Assistenzprofessorin Louise Laurent, um den ersten direkten Vergleich der beiden Ansätze durchzuführen. Die Wissenschaftler erstellten vier Linien von Kerntransfer-Stammzellen, die alle Eier eines einzigen Spenders verwendeten, sowie sieben Linien von iPS-Zellen und zwei Linien der Goldstandard-hESCs. Es wurde gezeigt, dass alle Zelllinien in der Lage sind, sich zu mehreren Zelltypen zu entwickeln, und dass in ihnen nahezu identische DNA-Inhalte enthalten sind.

Doch als sie die Zellen genauer betrachteten, entdeckten die Forscher einige Unterschiede: Die Muster der Methylierung – chemische Markierungen, die Genen hinzugefügt werden, um deren Expression zu steuern – variierten zwischen den Zelllinien. Dies weist auf einen Unterschied in der Art und Weise hin, wann Gene trotz identischer Sequenzen exprimiert werden könnten. Die Methylierung von Kerntransferzellen ähnelte eher den hESCs als den iPS-Zellen. Und als die Forscher Muster der tatsächlichen Genexpression untersuchten – indem sie die Mengen bestimmter RNA-Stränge maßen, die von jeder Zelle produziert wurden –, blieben die Unterschiede bestehen. Auch hier wiesen Kerntransferzellen einen RNA-Spiegel auf, der näher an embryonalen Zellen lag, was sie für Grundlagenforschung und therapeutische Studien genauer machte.

„Sowohl die DNA-Methylierungs- als auch die Genexpressionsdaten zeigen, dass der Kerntransfer die Signatur der ursprünglichen Hautzelle besser löscht“, sagt Laurent, einer der leitenden Co-Autor der Studie.

„Wenn man glaubt, dass die Genexpression wichtig ist, was wir tun, dann ist es umso besser, je näher man den Genexpressionsmustern embryonaler Stammzellen kommt“, sagt Ecker. „Derzeit ähneln Kerntransferzellen eher den embryonalen Stammzellen als die iPS-Zellen.“

Ecker geht nicht davon aus, dass die Labore einen Wettlauf um die Umstellung auf Protokolle für den Nukleartransfer vollziehen werden – schließlich fällt die Methode in den Bereich der Protokolle, die für eine Bundesfinanzierung eingeschränkt sind. Aber er glaubt, dass die neue Beobachtung wahrscheinlich Lehren enthält, die dazu beitragen könnten, die Protokolle zur Herstellung von iPS-Zellen zu verbessern.

„Das sagt uns, dass man die Standard-Genmischung verwenden kann und sie bei der Erzeugung von iPS-Zellen ziemlich gute Arbeit leisten“, sagt Ecker. „Aber sie sind nicht perfekt. Das Material in einem Ei leistet einen besseren Job als nur diese vier Gene allein.“

Wenn Forscher herausfinden können, was in einem Ei die Produktion pluripotenter Stammzellen antreibt, können sie dieses Wissen möglicherweise in iPS-Methoden integrieren, um die Stammzelltherapie bei Krankheiten zu verbessern.

„Zum jetzigen Zeitpunkt vereinen Kerntransfer-Stammzellen die entscheidenden Vorteile von hESCs und iPS-Zellen und eignen sich daher ideal für klinische Anwendungen in der regenerativen Therapie“, fügt Mitalipov hinzu.

Weitere Forscher an der Studie waren Ryan C. O'Neil, Yupeng He, Matthew D. Schultz, Manoj Hariharan, Joseph R. Nery und Rosa Castanon von der Salk Institut für biologische Studien; Hong Ma, Brittany Daughtry, Masahito Tachibana, Eunju Kang, Rebecca Tippner-Hedges, Riffat Ahmed, Nuria Marti Gutierrez, Crystal Van Dyken, Alimujiang Fulati, Atsushi Sugawara, Michelle Sparman, Paula Amato und Don P. Wolf von Gesundheits- und naturwissenschaftliche Universität Oregon; Robert Morey, Karen Sabatini und Rathi D. Thiagarajan von der University of California, San Diego; und Sumita Gokhale von der Boston University School of Medicine.

Joseph R. Ecker ist ein Ermittler der Howard Hughes Medical Institute und Gordon und Betty Moore Foundation. Darüber hinaus wurden die Arbeiten und beteiligten Forscher durch Zuschüsse des gefördert Leducq-Stiftung; Gesundheits- und naturwissenschaftliche Universität Oregon; das Abteilung für Reproduktionsmedizin der University of California San Diego; die Stiftung des Salk International Council Chair Fund; Die Mary K. Chapman Stiftung; das Schwedischer Forschungsrat; und das Collins Medical Trust.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit führenden 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.