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Reprogrammierung: Forscher erschaffen Stammzellen mit Hilfe eines einzigen Gens

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Wichtiger Fortschritt in der Genforschung: Deutsche Wissenschaftler haben Mäuse-Hirnzellen in Alleskönner-Stammzellen verwandelt, indem sie ein einziges Gen einschleusten. Sie züchteten daraus Herz-, Nerven- und Keimzellen - und einen Fötus.

Es ist der nächste Streich aus dem Labor des Stammzellforschers Hans Schöler. Ihm und seinen Kollegen Jeong Beom Kim, Holm Zaehres und anderen vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin ist es gelungen, adulte Stammzellen durch das Einschleusen nur noch eines einzelnen Gens zu Alleskönner-Zellen umzuprogrammieren.

Reprogrammierte Zelle: Mit nur einem Gen pluripotent gemacht
MPI Münster / Jeong Beom Kim

Reprogrammierte Zelle: Mit nur einem Gen pluripotent gemacht

Erst vor einem halben Jahr hatte Schöler die Zahl der benötigten Gene von vier auf zwei gesenkt. Jetzt beschreiben er und seine Kollegen im Fachmagazin "Cell", dass sie zur Reprogrammierung nur noch das Gen Oct4 benötigen.

Der Trick: Schöler und sein Team reprogrammierten nicht irgendwelche Körperzellen, sondern adulte Stammzellen aus dem Gehirn der Maus. "In diesen Zellen sind die restlichen Gene schon stark präsent", sagte Schöler zu SPIEGEL ONLINE. Daher war die Zugabe nur noch eines einzigen der vier Reprogrammiergene nötig, nämlich Oct4.

In einer spezialisierten Körperzelle ist der Hauptteil des Erbguts inaktiviert, da er für die ausgewählte Funktion dieser Zelle nicht mehr benötigt wird. Schleust man mit Hilfe eines Retrovirus vier Gene ein - Sox2, c-Myc, Oct4 und Klf4 -, werden die Körperzellen wieder zu Alleskönner-Zellen.

Die neue Studie zeigt, dass es sich bei Oct4 möglicherweise um ein Schlüsselgen für die Reprogrammierung handeln könnte. Seine Funktion ist laut Schöler noch immer unverstanden.

Von den Fähigkeiten her sind die entstehenden pluripotenten Stammzellen (iPS) embryonalen Stammzellen vergleichbar. Aus ihnen lassen sich alle beliebigen Körperzellen züchten.

Mit embryonalen Stammzellen hoffen Forscher, die Medizin zu revolutionieren. Sie wären Ersatzteillager für defekte Organe, könnten Heilung für Krankheiten wie Diabetes und Parkinson bringen. Weil die Gewinnung embryonaler Stammzellen allerdings ethisch umstritten ist, arbeiten Wissenschaftler daran, Körperzellen zu Stammzellen umzuprogrammieren.

Dass man mit vier Genen lahmgelegte Bereiche des Erbguts reaktivieren kann, hatten Forscher um Shinya Yamanaka im Jahr 2007 gezeigt. Ihnen gelang es, Haut- und Bindegewebszellen zu Stammzellen umzuprogrammieren. Schölers nur noch mit Oct4 reprogrammierte Zellen waren nun genauso gut wie die Yamanakas. Die Forscher züchteten daraus Herz-, Nerven- oder Keimzellen - und noch mehr: "Wir haben aus den induzierten Stammzellen auch Keimzellvorläufer entwickelt, die sich zu einem Fötus entwickelt haben", sagt Schöler. "Wenn Sie das zeigen können, ist alles andere obsolet."

Thomas Skutella, Stammzellforscher an der Universität Tübingen, bewertet Schölers neue Arbeit auf SPIEGEL ONLINE als "eine weitere sehr wichtige Arbeit bei der Weiterentwicklung von induzierbaren pluripotenten Stammzellen".

Die Forscher gaben die iPS-Zellen zu Maus-Embryonen, in die sie sich integrierten. Die Forscher konnten die mit Oct4 reprogrammierten Zellen im Embryo-Gewebe genau nachverfolgen, weil das Oct4 mit einem Fluoreszenz-Gen markiert war und die Zellen unter dem Mikroskop leuchteten. Sie bildeten in den Embryonen Magen-, Nieren-, Bauchspeichel-Drüsen- und Lippengewebe aus. In den geborenen und erwachsenen Mäusen fanden die Forscher sie sogar im Hoden.

Nur noch ein Gen für die Reprogrammierung zu benötigen, ist ein weiterer Erfolg. Dennoch ist das Ziel für Schöler klar: "Nun müssen wir noch Oct4 loswerden."

Denn die Reprogrammiermethode birgt Krebsrisiken. Zwar ist das Krebsgen c-Myc nicht mehr nötig. Aber die Einbringung der Gene mittels Retroviren ist ein Nachteil: Die Viren bauen ihr eigenes Erbgut ein. Für eine therapeutische Anwendung am Menschen muss die Reprogrammierung daher noch verfeinert werden - ohne Retroviren.

Außerdem ist die Verwendung von Stammzellen aus dem Gehirn unpraktisch. Wollte man die Methode am Menschen anwenden, müssten Patienten aufwendig aus dem Hirn Zellen entnommen werden - die Methode muss sich also bei menschlichen Zellen erst noch bewähren. Schöler: "Daran arbeiten wir."

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