Ein Freiburger Forscherteam hat erstmals die Eigenschaften von embryonalen Stammzellnetzwerken aufgedeckt. Die Wissenschaftler berichten über die Ergebnisse ihrer neuen Studie in der Fachzeitschrift „Molecular Systems Biology“.
Embryonale Stammzellen (ES) haben ein unschätzbares Potenzial für die regenerative Medizin – zum Beispiel bei der Heilung von Degenerationserkrankungen der alternden Bevölkerung. Doch die Wissenschaft beginnt gerade erst im Detail zu verstehen, wie die vielfältigen Entwicklungsmöglichkeiten der ES-Zellen – die so genannte Pluripotenz – entstehen.
Stammzellen: Hoffnung und Gefahr
Diese sind jedoch gleichzeitig Hoffnung und Gefahr: Wie kann sichergestellt werden, dass aus Stammzellen stabile Zellen des gewünschten Typs werden, aber zum Beispiel keine Tumore? Eine der Grundlagen dafür ist ein besseres Verständnis der aufeinanderfolgenden Regulationsschritte bei der natürlichen Differenzierung von Stammzellen in definierte Gewebe im Embryo.
Komplexe Netzwerke aus Regulatoren und Signalen steuern in einer Reihe aufeinander folgender Regulationsphasen diese Differenzierung. In Zellkulturen und im Säugerembryo ist es schwierig, diese Schritte zu untersuchen, da Differenzierungsschritte in der zeitlichen Abfolge oft asynchron verlaufen (Zellkultur) und entsprechende Entwicklungsstadien experimentell schlecht zugänglich sind (Embryo).
Modell Zebrafisch
Das Pou5f1/Oct4 Protein ist einer der wichtigsten Stammzellfaktoren. Im Gegensatz dazu weiß man leider noch wenig über Struktur und Funktion des regulatorischen Netzwerkes, das von Pou5f1/Oct4 gesteuert wird. Dieses Netzwerk kann Pluripotenz aufrechterhalten, aber auch gleichzeitig die Zuordnung embryonaler Zellen in die verschiedenen Hauptzelllinien ermöglichen.
Systembiologen der Universität Freiburg um Professor Wolfgang Driever, Daria Onichtchouk aus der Biologie und Professor Jens Timmer aus der theoretischen Physik haben nun in einer Kombination aus Embryologie, Bioinformatik und mathematischer Modellierung im Modell Zebrafisch einen systembiologischen Ansatz erfolgreich zum Verständnis grundsätzlicher Regulationsmechanismen der frühen embryonalen Genregulationsnetzwerke eingesetzt.
Evolution des Stammzellnetzwerkes auf der Spur
Von entscheidender Bedeutung für das tiefergehende Regulationsverständnis waren detaillierte zeitaufgelöste Untersuchungen, bei denen an zehn Entwicklungszeitpunkten jeweils für Wildtypen und Oct4/Pou5f1-defiziente Embryonen das embryonale Transkriptom untersucht wurde. Die aus systembiologischer Modellierung entwickelten Erkenntnisse geben nicht nur Einblicke in die zeitliche Dynamik sondern auch die Struktur, Funktion und Evolution des Stammzellnetzwerkes, so die Wissenschaftler.
(idw – Universität Freiburg im Breisgau, 22.03.2010 – DLO)
