Genforschung Wissenschaftler machen Zell-Reprogrammierung noch einfacher

Die Herstellung von Stammzellen aus Körperzellen gilt als ethisch unproblematisch. Bisher konnten Forscher den wundersamen Wandel mit Hilfe von vier Genen vornehmen, die sie in eine Zelle einschleusten. Nun haben es deutsche Wissenschaftler geschafft, Zellen mit nur zwei Genen zu reprogrammieren.


Ersatzteillager für defekte Organe, Heilung für Krankheiten wie Diabetes und Parkinson - embryonale Stammzellen könnten eine medizinische Wunderwaffe sein. Körperzellen zu Stammzellen umzuprogrammieren, ist eine Methode, die ethisch unproblematisch ist - denn man muss keine Embryonen zerstören.

Stammzellen unter dem Mikroskop: Verfeinerte Methode zur Reprogrammierung
MPI Münster

Stammzellen unter dem Mikroskop: Verfeinerte Methode zur Reprogrammierung

Nun ist es Wissenschaftlern um Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster gelungen, die Methode der Reprogrammierung zu verfeinern. Statt vier Gene, die bislang in die Zellen eingeschleust werden mussten, benötigten sie nur noch zwei. Der Trick: Schöler und seine Kollegen reprogrammierten nicht normale Körperzellen, sondern adulte Stammzellen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Nature".

Weil embryonale Stammzellen ethisch umstritten sind, suchen Wissenschaftler nach Alternativen. Derzeit werden zwei Richtungen stark beforscht: adulte Stammzellen und reprogrammierte Körperzellen. Adulte Stammzellen haben den Vorteil, dass sie sich ethisch unproblematisch aus Körpergewebe gewinnen lassen. Der Nachteil allerdings ist, dass sie nicht mehr das Verwandlungspotential der embryonalen Stammzellen besitzen. Sie sind nicht mehr pluripotent, das heißt aus ihnen lassen sich nicht mehr alle Zelltypen herstellen.

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 in die Zelle ein - Sox2, c-Myc, Oct4 und Klf-4 - werden die Körperzellen wieder zu Alleskönnern. Sie sind wieder pluripotent. Diese Gene kodieren für Proteine, Transkriptionsfaktoren genannt, die inaktive Bereiche des Erbguts reaktivieren. Die reprogrammierten Zellen nennt man induzierte pluripotente Stammzellen (iPS).

Japanischen Forschern um Shinya Yamanaka von der Universität Kyoto war es gelungen, Hautzellen zu reprogrammieren und daraus Nerven- und Herzmuskelzellen züchten.Der Nachteil dieser Methode: iPS-Zellen können, wenn sie in den Körper zurückgespritzt werden, Krebs auslösen. Das zeigten Versuche an Mäusen. Der Grund: c-Myc ist ein Krebsgen. Zudem birgt auch die Behandlung mit Retroviren ein Risiko für Tumore, da diese Viren ihr Erbgut in die Zelle einschleusen und verändern. Zwar war es Yamanaka und seinem Team gelungen, iPS-Zellen auch ohne c-Myc zu erzeugen - die Mäuse blieben nach dem Einspritzen der iPS-Zellen tumorfrei. Dennoch ist das Krebsrisiko ein Hindernis auf dem Weg, iPS-Zellen therapeutisch einzusetzen.

Nur zwei statt vier Gene erforderlich

Schöler und seinen Kollegen ist es nun gelungen, iPS-Zellen bei Mäusen mit nur zwei statt vier eingeschleusten Genen herzustellen. Die Forscher benutzten nicht normale Körperzellen sondern adulte Nervenstammzellen. Diese haben von Haus aus höhere Level der Transkriptionsfaktoren Sox2 und c-Myc. Die Wissenschaftler vermuteten, dass die ohnehin schon erhöhten Mengen in diesen Zellen ausreichend sein würden, so dass ein Einschleusen der c-Myc- und Sox2-Gene nicht mehr nötig wäre. Tatsächlich gelang es ihnen, nur durch Zugabe der beiden Gene Oct4 und Klf4 die adulten Nervenstammzellen in iPS-Zellen zu verwandeln.

Um sicherzustellen, dass die hergestellten iPS-Zellen wirklich pluripotent waren, gaben die Wissenschaftler sie zu achtzelligen Embryonen. Die Zellen integrierten sich in den Embryo und es entwickelten sich Chimären - Organismen mit Zellen verschiedener genetischer Herkunft. Die Wissenschaftler übertrugen die Embryonen in die Gebärmutter von Mäuseweibchen, wo diese sich weiter entwickelten. Anschließend ließen die Forscher die Mäuse die Chimären austragen. Die Chimären-Mäuse kreuzten sie mit normalen Mäusen. Weder in den Chimären selbst, noch in ihren Nachkommen fanden sich Tumore.

Die Wissenschaftler schließen aus ihren Experimenten, dass es für die Erzeugung von iPS-Zellen ausreichend sei, intern genügend hohe Level von Sox2 zu haben und nur Oct-4 und einen weiteren Transkriptionsfaktor hinzuzugeben. Jedoch sei es noch unklar, warum Klf4 oder c-Myc hinzugegeben werden müssten, da diese Gene in den Zellen ohnehin aktiv seien.

Der nächste Schritt sei, die Methode an menschlichen adulten Nerven-Stammzellen zu erproben. Um eine klinische Anwendung zu erreichen sei es allerdings nötig, den Einsatz von Retroviren bei der Reprogrammierung zu verhindern. Eine Erhöhung von Oct4 und Klf4 könne man auch mit chemischen Substanzen erreichen. Möglicherweise sei dies eine Alternative zur Retrovirusmethode.

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