Köln | Ein Forscherteam am Exzellenzcluster CECAD unter der Leitung von Andreas Wodarz hat in ihren jüngsten Studien einen Mechanismus im Gehirn der Fruchtfliege Drosophila entdeckt, der die so genannte assymetrische Teilung der Stammzellen reguliert. Die Entdeckung könnte ein Durchbruch sein.
Stammzellen sind Stammzellen sind überlebenswichtig, weil sie in der Lage sind, aus undifferenzierten Zellen viele verschiedene Zelltypen zu bilden. Dies ist sowohl für die Entwicklung des Embryos als auch für die Regeneration von Organen wie Haut, Darm oder Leber von großer Bedeutung. Stammzellen können sich wieder und wieder teilen, wobei jeweils zwei Tochterzellen entstehen. Eine Zelle, die den Weg der Differenzierung einschlägt und zum Beispiel eine Nervenzelle wird, und eine weitere Zelle, die als Stammzelle den Zyklus fortsetzt. Diese asymmetrische Teilung ist entscheidend für deren Funktion. Unklar war bislang jedoch, wie dieser Vorgang reguliert wird.
Der nun im Gehirn der Fliegen entdeckte Mechanismus wird mit Genen in Verbindung gebracht, deren Bedeutung für die Funktion von embryonalen Stammzellen in Säugern schon länger bekannt war. Damit können die Wissenschaftler zum ersten Mal eine direkte Verbindung zwischen den von Säugern bereits bekannten Stammzellfaktoren und der asymmetrischen Teilung von Stammzellen im Gehirn der Fliegen herstellen.
Wärend der asymmetrischen Zellteilung werden bestimmte Proteine so in der Zelle verteilt, dass sie bei der Teilung nur in die Tochterzelle gelangen, die sich zu einer spezialisierten Zelle entwickeln wird. Dieser Zustand wird als „polarisiert“ bezeichnet. Eine Gruppe von Genen, die die Polarität der Stammzelle steuern, war bereits bekannt. Völlig unklar war jedoch bislang, welche Faktoren diese Polaritätsregulatoren in Stammzellen anschalten und damit für den Erhalt der Stammzelle verantwortlich sind.
Eine Doktorandin entdeckt den Mechanismus
Die Doktorandin Katja Rust untersuchte diese Frage in der Fruchtliege Drosophila, indem sie mit der Methode der „reversen Genetik“ eine Vielzahl von Genen ausschaltete, die in Säugern als unentbehrlich für den Erhalt von Stammzellen identifiziert worden waren.
Rust fand tatsächlich insgesamt acht Gene, die zu deutlich kleineren Gehirnen führten, wenn sie in den Stammzellen des Nervensystems ausgeschaltet wurden. Alle acht Gene haben Erbinformationen für Untereinheiten des sogenannten Tip60-Komplexes. Dieser Komplex ist entscheidend an der Regulation der Transkription, dem Ablesen der Gene, beteiligt und wird benötigt, um die Teilungsfähigkeit embryonaler Stammzellen in Säugern zu erhalten.
Es war bekannt, dass der Tip60-Komplex mit dem Transkriptionsfaktor Myc zusammenwirkt. Tatsächlich konnte Rust zeigen, dass der Verlust von Myc ebenfalls zu kleineren Gehirnen in der Fliege führt. Interessanterweise verlieren viele Stammzellen in diesen Gehirnen ihre Polarität, was durch den Verlust eines Schlüsselregulators der Polarität zu erklären ist, der atypischen Proteinkinase C (aPKC). Rust konnte zeigen, dass aPKC direkt durch Myc und den Tip60-Komplex angeschaltet wird.
Schlussfolgerungen für die Behandlungsmethoden
„Die Funktion des menschlichen Myc-Proteins wird sehr intensiv erforscht, da es in menschlichen Tumoren eines der am häufigsten deregulierten Gene ist. Gerät dieses Gen außer Kontrolle, beginnen die Zellen, sich unkontrolliert zu teilen. Verlieren die Zellen darüber hinaus ihre Polarität, kann die Bildung von Metastasen die Folge sein. Speziell der Dickdarm des Menschen ist eines der Gewebe, wo häufig Krebs entsteht, weil Stammzellen aus dem Ruder laufen. Die Fliege ist ein interessantes Modell, weil wir dort die Stammzellen sehr genau untersuchen und genetisch verändern können“, erklärte Wodarz.
Der Kölner Wissenschaftler hat dazu mit einer anderen Doktorandin Hong Nguyen entsprechende Forschungen durchgeführt. Dabei betont der Forscher besonders die Übertragbarkeit der Erkenntnisse von der Fliege auf den Menschen. „Fast alle molekularen Signalwege, die wir kennen, sind konserviert, finden sich also in sehr ähnlicher Form beim Menschen“, so Wodarz abschließend. Die Ergebnisse der Forschungen haben Wodarz und sein Team in der Fachzeitschrift „The EMBO Journal“ veröffentlicht.
Autor: bfl
