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Stammzellen: Selbstmord-Enzym baut Erbgut um

Wie wird aus einer Stammzelle eine Körperzelle? Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass dabei ganze DNA-Stränge im Erbgut zerschnitten und neu zusammengeklebt werden. Dabei spielt ein Selbstmord-Enzym eine entscheidende Rolle.

DNA-Doppelhelix: Bei der Zellreifung werden DNA-Stränge zerschnitten und neu kombiniert Zur Großansicht
DPA/ Quiagen

DNA-Doppelhelix: Bei der Zellreifung werden DNA-Stränge zerschnitten und neu kombiniert

Wenn eine Alleskönner-Stammzelle sich zu einer hoch spezialisierten Körperzelle entwickelt, findet ein gezieltes Abschalten von Genen statt. Zwar hat jede Zelle des menschlichen Körpers eine vollständige Kopie des Erbguts in ihrem Kern, doch für ihre spezielle Aufgabe braucht sie nur einen Teil des ganzen DNA-Repertoires.

Bei diesem Prozess der Reifung zu einer Körperzelle werden aber nicht nur Gene abgeschaltet, die Zelle kann sogar ihr Erbgut radikal umbauen, wie kanadische Forscher um Lynn Megeney vom Ottawa Hospital Research Institute im Fachmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences" berichten.

Normalerweise liegt das Erbgut der Zelle verpackt in 46 Chromosomen im Zellkern, jedes Chromosom ist ein dicht zusammengepackter DNA-Strang. Megeney untersuchte nun die Bildung von Muskelzellen und fand heraus, dass die Stammzelle bei ihrer Reifung zur Muskelzelle ganze DNA-Stränge zerschneidet und neu zusammenklebt.

Ausgelöst wird dieser Prozess von dem Enzym Caspase 3. Bereits im Jahr 2002 waren Megeney und seine Kollegen diesem Protein auf die Spur gekommen. Die Forscher kannten es aus einem anderen Zusammenhang: dem programmierten Zelltod. Dies ist ein Schutzmechanismus der Zelle, der ausgelöst wird, wenn ihr Erbgut beschädigt wurde. Um die Entstehung von Krebs zu verhindern, zerstört sich die Zelle selbst. Dies geschieht auch durch die Aktivierung von Caspase 3.

Als die Wissenschaftler dieses Enzym in ihren früheren Versuchen blockierten, hatte das aber auch zur Folge, dass sich keine Muskelzellen mehr entwickelten. Caspase 3 musste also - neben seiner Funktion als Selbstmord-Enzym - auch eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung spielen.

Welche genau, haben die Forscher nun herausgefunden: Es aktiviert ein anderes Enzym namens DNase, welches den DNA-Strang zerschneiden kann. Und nur wenn dieses durch Caspase 3 aktiviert wird, finden die wichtigen Umbauprozesse statt, die die Stammzelle zur Muskelzelle reifen lassen.

lub

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