Der Tumorsuppressor fungiert als Wachhund für die Neuprogrammierung

August 9, 2009

Der Tumorsuppressor fungiert als Wachhund für die Neuprogrammierung

August 9, 2009

LA JOLLA, CA – Eine gemeinsame Studie von Forschern des Salk Institute for Biological Studies ergab, dass der Tumorsuppressor p53, der sich als „Wächter des Genoms“ einen Namen gemacht hat, nicht nur Zellen, die krebsartig werden könnten, stoppt, sondern auch kontrolliert Neuprogrammierung somatischer Zellen.

Obwohl Wissenschaftler gelernt haben, erwachsene menschliche Zellen wie Hautzellen in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) umzuprogrammieren, ist die Effizienz der Umprogrammierung immer noch erschreckend gering. Die Salk-Studie, veröffentlicht in der Online-Vorabausgabe vom 9. August Naturgibt neue Erkenntnisse darüber, warum nur wenige von vielen Zellen dazu überredet werden können, die Uhr zurückzudrehen.

„Obwohl wir schon seit einiger Zeit in der Lage sind, spezialisierte Zellen neu zu programmieren, wusste man bisher nichts über die Kontrollmechanismen, die verhindern, dass dies spontan im Körper geschieht, und darüber, warum es so schwierig ist, ihr Schicksal in einer Petrischale zu ändern.“ sagt Juan-Carlos Izpisúa Belmonte, Ph.D., Professor am Gene Expression Laboratory, der eng mit ihm zusammenarbeitete Geoffrey M. Wahl, Ph.D., auch Professor im Genexpressionslabor.

Ihre Ergebnisse bringen die iPSC-Technologie ihrem Versprechen als Quelle patientenspezifischer Stammzellen einen Schritt näher, zwingen Wissenschaftler aber auch dazu, die Entstehung von Krebs zu überdenken.

„Es gibt eine jahrzehntealte Idee, dass Krebs durch die Dedifferenzierung vollständig determinierter und spezialisierter Zellen entsteht, aber schließlich wurde sie zugunsten der derzeit modischen Theorie von Krebsstammzellen verworfen“, sagt Wahl. „Da wir nun wissen, dass p53 die Dedifferenzierung verhindert, ist es meiner Meinung nach an der Zeit, die Möglichkeit zu überdenken, dass die Neuprogrammierung eine Rolle bei der Entstehung von Krebs spielt, da praktisch alle Krebszellen auf die eine oder andere Weise die p53-Funktion verlieren.“

Während Säugetierembryonen eine Reihe von Entwicklungsstadien durchlaufen, wird die Auswahl an embryonalen Stammzellen, die nahezu unbegrenzte Möglichkeiten haben, zunehmend eingeschränkt, bis sie schließlich die etwa 200 Zelltypen hervorbringen, aus denen unser Körper besteht und die im Allgemeinen nicht in der Lage sind, sich umzuwandeln zurück zu einem weniger spezialisierten Stadium.

Obwohl die Differenzierung im Allgemeinen irreversibel ist, haben Wissenschaftler mehrere Methoden entwickelt, um die Zurückhaltung der Zellen gegenüber einer Neuprogrammierung zu überwinden. Die am weitesten verbreitete Technologie beinhaltet die erzwungene Expression von vier Transkriptionsfaktoren – Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc – in vollständig determinierten adulten Zellen.

„Leider sind Klf4 und c-Myc Onkogene und ihre Zugabe birgt das Risiko, Krebs auszulösen“, sagt Belmonte. Doch trotz des zusätzlichen Schubs, den diese leistungsstarken Onkogene bieten, wandelt sich nur ein winziger Teil in iPSCs um, die wie embryonale Stammzellen aussehen und sich wie embryonale Stammzellen verhalten, was Belmonte zu der Frage veranlasst, ob das, was sie taten, um die Zellen zur Umprogrammierung zu bewegen, eine Reaktion hervorrief, die die Zellen stoppte vom Wachsen?

Ein Gespräch mit seinem Nachbarn, dem Krebsexperten Wahl, lieferte einige neue Ideen, die im Labor getestet werden könnten. „Normalerweise programmieren sich Zellen nicht neu, daher muss es einen Mechanismus geben, der dies verhindert“, sagt Wahl. „Wir wussten, dass c-Myc und einige der anderen Gene, die für die Neuprogrammierung erforderlich sind, den Tumorsuppressor p53 aktivieren und fragten uns, ob er daran beteiligt ist.“

Und tatsächlich zeigten Experimente der Postdoktoranden und Co-Erstautoren Teruhisa Kawamura, Ph.D., und Jotaro Suzuki, Ph.D., dass die Zugabe der Reprogrammierungsfaktoren c-Myc und Klf4, allein oder in verschiedenen Kombinationen, p53 aktivierte Weg. Als Ersthelfer wird der Tumorsuppressor p53 zum Einsatz gebracht, wenn Zellen unter Stressbedingungen stehen. Abhängig von der Situation aktiviert p53 dann Gene, die die Zellteilung stoppen, um Zeit für Reparaturen zu schaffen, oder, wenn sich alle Rettungsversuche als erfolglos erweisen, der Zelle anzuweisen, die Teilung für immer einzustellen oder Selbstmord zu begehen.

In gentechnisch veränderten Zellen, denen p53 fehlte, war die Reprogrammierungseffizienz im Vergleich zu Kontrollzellen mindestens zehnfach höher, was zeigt, dass p10 eindeutig eine wichtige Rolle bei der Kontrolle von Zellen spielte, die versuchten, in einen stammähnlichen Zustand zurückzukehren.

Da iPSCs, die mit dem gesamten Spektrum an Reprogrammierungsfaktoren erzeugt werden, Gefahr laufen, bösartig zu werden, wollten Belmonte und sein Team wissen, ob Mauszellen, denen p53 fehlt, mit nur zwei Faktoren, Oct4 und Sox2, umprogrammiert werden können. Die Zellen wandelten sich leicht in iPSCs um und führten zu gesunden, ausgewachsenen Mäusen, die sich vermehren konnten und den ultimativen Test für pluripotente embryonale Stammzellen bestanden.

„Diese sehr erfolgreiche Zusammenarbeit ist ein Paradebeispiel dafür, was den Salk zu einem so besonderen Ort macht“, sagt Wahl. „Juan Carlos und ich unterhalten uns jeden Tag und gehen die gleiche Frage aus ganz unterschiedlichen Perspektiven an. Er kommt aus der Perspektive der Entwicklungsbiologie, während ich von der Krebsseite komme, aber wenn man sie zusammennimmt, kann man daraus eine großartige Geschichte machen.“

Für Informationen zur Kommerzialisierung dieser Technologie wenden Sie sich bitte an das Salk Office of Technology Management and Development unter (858) 453-4100, Durchwahl. 1278.

Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health, Zuschüssen von Tercel, Marato, der G. Harold and Leila Y. Mathers Charitable Foundation und der Fundacion Cellex unterstützt.

Zu den Forschern, die ebenfalls zu der Arbeit beigetragen haben, gehören Yunyuan V. Wang, Ph.D. im Wahl-Labor, Sergio Menendez, Ph.D., Laura Batlle Morera, Ph.D. und Angel Raya, Ph.D., alle am Zentrum für Regenerative Medizin in Barcelona, ​​Spanien.

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 die Entdeckung als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, 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.