Mäusestammzellen kein vollwertiger Ersatz

Embryonale Stammzellen von Maus und Mensch unterscheiden sich stärker voneinander als bisher angenommen.

Die tierischen Zellen reagieren auf Wachstumssignale offenbar anders als menschliche. Das haben Forscher um Boris Greber und Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster in einer neuen Vergleichsstudie herausgefunden. Die Analysen sind im Fachjournal Cell Stem Cell (5. März 2010, Bd. 6. S. 215) publiziert. Die Resultate zeigten , „dass viele Voruntersuchungen an tierischen Zellen gerade bei medizinisch relevanten Projekten unter Umständen nicht nur nichts nützen. Die Ergebnisse aus solchen Vorab-Tests können sogar irreführend sein", so Hans Schöler. Daher seien menschliche embryonale Stammzellen für die Forschung auch weiterhin "unverzichtbar".

Stammzellen aus einem späten Mäusemembryo-Stadium reagieren anders auf den Wachstumsfaktor FGF als menschliche Stammzellen. Quelle: Boris Greber, MPI für molekulare Biomedizin

Mäuse gelten in vielerlei Hinsicht als Modell für den Menschen. Die genetische Grundausstattung ist weitgehend gleich, viele für den Menschen wichtige Tests werden daher an Millionen von Labormäusen erprobt. Dazu gehören auch Experimente mit embryonalen Stammzellen. Nun liefern die Forscher aus Münster Belege dafür, dass in der Stammzellforschung Ergebnisse nur sehr unzureichend von der Maus auf den Menschen übertragen werden können.

Bereits seit längerer Zeit ist bekannt, dass sich embryonale Stammzellen (ES-Zellen) von Mensch und Maus erheblich unterscheiden. Bestimmte Signalstoffe, mit denen man Maus-Zellen dazu anregen kann, sich zu Leber-, Nerven- oder Muskelzellen zu entwickeln, rufen in menschlichen ES-Zellen keine oder ganz andere Wirkungen hervor. Im Mittelpunkt der Untersuchung standen nun Epiblast-Stammzellen (EpiSC) aus der Maus. 

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Diese stammen aus einem späteren Stadium der Embryonalentwicklung. Sie werden nicht wie gewöhnlich aus einem wenige Tage alten Embryo gewonnen, sondern stammen aus einem Embryo, der sich gerade in der Gebärmutter eingenistet hat (Epiblast-Stadium). Das Besondere: Obwohl in ihrer Entwicklung bereits fortgeschritten schienen die Epiblast-Stammzellen den menschlichen ES-Zellen stärker zu ähneln als die klassischen embryonalen Stammzellen der Maus.

Das Team prüfte nun, wie Maus-Epiblast- und menschliche embryonale Stammzellen auf verschiedene Wachstumsfaktoren und Hemmstoffe reagieren. Die Beobachtung: Während ein Wachstumsfaktor namens FGF die Selbsterneuerung der menschlichen ES-Zellen aktiv unterstützte, war dies bei Epiblast-Zellen der Maus nicht der Fall.

Auch künftig, sind nach Ansicht von Schöler deshalb menschliche ES-Zellen für die Forschung als Goldstandard unverzichtbar. "Die jüngsten Erfolge auf dem Gebiet der Reprogrammierung von ausgereiften menschlichen Körperzellen erzeugen mitunter den Eindruck, dass Versuche mit menschlichen ES-Zellen inzwischen überflüssig sind.“ Doch weder die Techniken zur Umprogrammierung noch jene zur zielgerichteten Differenzierung von Zellen seien bislang ausgereift, so das Fazit der Forscher.

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• Patent auf Gensequenz für leistungsstarke Milchkühe bestätigt
• Biochemiker entdecken Riesenpore für den Eiweißtransport
• Neue Förderinitiative zur systembiologischen Alternsforschung
• Biotechnologen bei Science4Life-Zwischenprämierung erfolgreich
• Neuer Wachstumsregulator in Krebszellen entdeckt

Patent auf Gensequenz für leistungsstarke Milchkühe bestätigt

Das umstrittene Patent auf eine Gensequenz im Erbgut von Milchkühen bleibt vorerst bestehen.

Das Europäische Patentamt (EPA) in München lehnte am 3. März den Einspruch gegen die "Turbokuh" ab.

Das umstrittene Patent auf eine Gensequenz im Erbgut von Milchkühen bleibt vorerst bestehen.Quelle: Klaus-Peter Wolf/pixelio.de

Greenpeace hatte zusammen mit dem Bundesverband deutscher Milchviehhalter (BDM), der Arbeitsgemeinschaft bäuerliche Landwirtschaft, SPD, Grünen, Freien Wählern und dem katholischen Hilfswerk Misereor den Widerruf des Patents gefordert, da eine derartige gentechnische Veränderung den Tieren Leid zufüge. Die EPA-Einspruchsabteilung - ein Gremium aus drei technischen Experten (Patentprüfern) und einer Juristin - hielt die Argumentation der Kritiker nicht für überzeugend. Die Patentgegner wollen nun Beschwerde einlegen. Man könne doch nicht sagen, das Tier leide zwar, aber wichtig sei ja, dass es mehr Milch gebe, argumentierte der Anwalt der Patentgegner, Robert Schnekenbühl. Der Anwalt der Patentinhaber wies die Kritik zurück und sagte, für ein Leiden solcher genveränderten Tiere gebe es keinerlei Beweise.

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Politik: Patent auf Gentest für Schweine in der Kritik Politik: Gericht schränkt Patent des Bonner Stammzellforschers Brüstle ein

Das europäische Patent EP 1330552 betrifft nach Angaben des Patentamts eine bestimmte Variation des Gens DGAT1, die mit einer erhöhten Milchleistung bei Rindern in Verbindung gebracht wird. Als geistiges Eigentum geschützt sind nun unter anderem die entsprechende Gen-Sequenz selbst sowie gentechnisch veränderte Rinder, in deren Erbgut diese Sequenz eingebracht wurde. Die patentierte Erfindung beziehe sich nicht auf natürlicherweise vorkommende, nicht-transgene Tiere, so das Amt. Das Patent war von belgischen und neuseeländischen Biotechnologen am 31. Oktober 2001 beim EPA beantragt und am 24. Januar 2007 erteilt worden. Im vergangenen Jahr begann bereits ein juristisches Tauziehen um einen Biomarker auf besseres Schweinefleisch (mehr...).

 

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• Neuer Wachstumsregulator in Krebszellen entdeckt

Biochemiker entdecken Riesenpore für den Eiweißtransport

Ein Forscherteam aus Bochum und Osnabrück hat die bisher größte Membran-Pore dingfest gemacht, durch die riesige Eiweiße in Zellorganellen eingeschleust werden können.

Wie die Biochemiker um Ralf Erdmann von der Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum in Nature Cell Biology (2010, Bd. 12, S.273-277) berichten, haben sie in der Membran von Peroxisomen ein „molekulares Scheunentor“ entdeckt, durch das selbst gefaltete Proteinmolekül-Knäuel hindurch geschleust werden.

Bereits vor fünf Jahren hatten die Bochumer Forscher eine solche Riesenpore postuliert. Jetzt konnten sie sie in Zusammenarbeit mit Biophysikern aus Osnabrück nachweisen. "Wenn man von der Pore des Zellkerns absieht, handelt es sich um die größte jemals beobachtete Proteinimport-Pore", betont Ralf Erdmann. Dass dieses Tor der Superlative trotzdem jahrzehntelang unentdeckt bliebt, führen die Forscher auf seine rasante Dynamik zurück: Es wird nur ganz kurz geöffnet und schließt sich sofort wieder.

So passieren Proteine Membranen: Entweder werden die Eiweiße entfaltet und schnurartig durch eine Membranöffnung geschleust(links).Oder die Proteine bleiben ein Knäuel, und werden durch Riesenporen in die Peroxisomen transportiert (rechts). Quelle: Ruhr-Universität Bochum

Peroxisomen sind Organellen, die in fast allen Zellen vorkommen. Sie verbrauchen in vielfältigen Stoffwechsel-Reaktionen Sauerstoff und gelten als lebensnotwendige Entgiftungsapparate. Ihre Fähigkeit, Proteine im gefalteten, sogar mehrteiligen Zustand einzuschleusen, macht sie für die molekulare Zellbiologie interessant. Wie Peroxisomen diese riesigen Proteine importieren, war bislang ein Rätsel.

Gehen Proteine in der Zelle auf Wanderschaft, so müssen sie oftmals Membran-Schichten durchqueren. Die zugrunde liegenden Mechanismen vieler dieser Transportwege sind bereits bekannt, nicht aber für die Proteine in den Peroxisomen. Für den Eiweiß-Import in Organellen wie zum Beispiel Mitochondrien, den Zellkraftwerken, werden die Proteine entfaltet und dann schnurartig durch die Membran gefädelt.

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Solche Transportkanäle messen gerade einmal 1 bis 2 Nanometer im Poren-Durchmesser.  Die Proteine für Peroxisomen sind um ein Vielfaches größer, da sie nicht entfaltet werden und oftmals aus mehreren Einheiten bestehen. Die Forscher konnten nun zeigen, dass selbst 9 Nanometer große Goldpartikel über die peroxisomale Membran gelangen, ohne diese zu beschädigen. 
Neu hergestellte peroxisomale Proteine werden dabei in der Zelle von Importrezeptoren erkannt und an die Peroxisom-Membran dirigiert. Der Importrezeptor namens Pex5p kommt in allen Zellen in zwei Zustandsformen vor: In löslicher Form in der Zellflüssigkeit und in einer membran-integrierten Form in Peroxisomen. Wie der Importrezeptor dazu beiträgt, einen Proteinkanal aufzubauen, haben die Forscher im Reagenzglas künstlich nachgestellt und untersucht. Es zeigte sich, dass der Kanal in Abhängigkeit von der Größe der hineintransportierten Protein-Rezeptor- Komplexe sehr schnell seine Öffnungszustände ändern kann. Die größten Öffnungszustände wurden mit über 9 Nanometer Porendurchmesser gemessen.

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• Mäusestammzellen kein vollwertiger Ersatz
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• Neue Förderinitiative zur systembiologischen Alternsforschung
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• Neuer Wachstumsregulator in Krebszellen entdeckt

Neue Förderinitiative zur systembiologischen Alternsforschung

Mit einer neuen Förderinitiative will das Bundesforschungsministerium die systematische Erforschung von Alternsprozessen weiter vorantreiben.

Damit soll dem durch den demographischen Wandel begünstigten Anstieg von altersbedingten Erkrankungen begegnet werden. Altern ist ein komplexer Prozess, der durch erbliche Faktoren und dem Zusammenspiel von Umweltfaktoren, Ernährung und individuellen Verhaltensweisen beeinflusst wird. Mit systembiologischen Methoden wollen Altersforscher nun das Zusammenspiel der altersrelevanter Prozesse systematisch erfassen und analysieren, um so ein Bild von der gesamten Dynamik der Alterungsmechanismen zu erhalten. Diese Herangehensweise erlaubt es, mithilfe der gewonnenen quantitativen Daten mathematische Modelle zu entwickeln, die einmal besser auf den einzelnen Patienten abgestimmte Diagnosen, Präventionsmaßnahmen und Therapien ermöglichen könnten.

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News: Neues Zentrum für Alternsforschung in Jena News: Länger leben mit Foxo3A News: Wie Biomarker das biologische Alter verraten

Mit der neuen Fördermaßnahme „Systembiologie für die Gesundheit im Alter – GerontoSys2“ ergänzt das BMBF nun die bereits bestehende Initiative „GerontoSys“. Im Visier von „GerontoSys2“ steht dabei die Einrichtung von bis zwei sogenannten Forschungskernen, in denen Systembiologen aus verschiedenen Disziplinen lokal unter einem Dach gebündelt arbeiten und über fünf Jahre gefördert werden sollen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Nachwuchsförderung: Bis zu zehn Nachwuchsgruppen in der systembiologischen Alternsforschung sollen mit der Finanzierung entstehen (Förderperiode: 5 Jahre). Thematisch fokussiert GerontoSys2 auf die Identifizierung von Langlebigkeitsgenen und anderen Biomarkern für die Alterung, aber auch auf die Erforschung von Regeneration und Stammzellbiologie im Alter sowie dem Verständnis des Beitrags verschiedener Umweltfaktoren. Neben Hochschulen und außeruniversitären Forschungsinstituten sind besonders kleine und mittlere Unternehmen aufgerufen, bis zum 5. Mai 2010 ihre Projektskizzen beim Projektträger Jülich einzureichen (Ansprechpartner: Sabine Wiek).

Mehr Informationen zu GerontoSys2: hier klicken

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Neuer Wachstumsregulator in Krebszellen entdeckt

Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Altersforschung in Jena haben in Krebszellen eine besondere Variante eines Genschalters gefunden, der das Zellwachstum fördert.

Wie die Forscher im EMBO Journal (2010, Bd.29, S.897) berichten, ist die verlängerte Version des Transkriptionsfaktors namens C/EBPalpha vermutlich an der Krebsentstehung beteiligt.

Vor jeder Zellteilung müssen Krebszellen an Masse zunehmen. Wie diese krankhaften Zellwachstumsprozesse reguliert werden, ist bisher allerdings kaum erforscht. Doch mit der Langversion von C/EBPalpha sind Wissenschaftler um Cornelis Calkhoven vom Leibniz-Institut für Altersforschung in Jena auf einen solchen Regulator zur Steuerung des Zellwachstums gestoßen.

In dieser mikroskopischen Aufnahme ist die lange Version des Transkriptionsfaktors C/EBPalpha grün angefärbt. Im Zellkern verstärkt dieses Steuereiweiß die Produktion von ribosomaler RNA. Quelle: C.Müller/FLI

Ein Transkriptionsfaktor ist eine Art Genschalter, der steuert, wann und wo genetische Information von der Erbsubstanz DNA abgelesen wird. Die Abkürzung C/EBP steht für "CCAAT/Enhancer-Binding-Proteine" und umfasst eine Familie von Transkriptionsfaktoren, die bestimmte Organfunktionen steuern. C/EBPalpha kommt in der Zelle in drei Versionen vor: es existiert eine Hauptform sowie eine kürzere und einer längere Variante.

Die Hauptform von C/EBPalpha wirkt als Tumorsuppressor. Sie behindert die Zellteilung und verhindert damit die Krebsbildung. Die Kurzversion wirkt als Gegenspieler und fördert die Krebsentstehung.

"Wir haben die verlängerte Variante von C/EBPalpha untersucht und dabei herausgefunden, dass sie das Größenwachstum der Zellen fördert", so Projektleiterin Christine Müller. "Diese Langform des Genregulators regt die Zellen dazu an, vermehrt Ribosomen zu bilden und zu wachsen", sagt Müller. Durch die vermehrte Bildung dieser Eiweißfabriken wird die Protein-Produktion angekurbelt und die Zelle wächst.

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Der Wissenschaftler vermuten nun, dass die verlängerte Variante dieses Transkriptionsfaktors eine Rolle bei der Krebsentstehung spielt. Leukämiezellen stellen beispielsweise die Lang-Form in verstärktem Maße her. Die Forscher konnten den genetisch-biomolekularen Mechanismus aufdecken, durch den die lange C/EBPalpha-Variante die Ribosomenproduktion und somit das Zellwachstum antreibt. "Die Langform kann als einzige der C/EBPalpha-Varianten in den Nukleolus im Zellkern gelangen und dort an andere Proteine andocken", so die Forscher.

Die Arbeitsgruppe zeigte, dass die verlängerte C/EBPalpha-Variante das Ablesen sogenannter ribosomaler RNA-Gene verstärkt. Dies wiederum forciert den Bau von Proteinfabriken, wodurch das Zellwachstum und die Zellteilungsrate gefördert wird.

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