Primordiale Stammzellen

Definition: Was sind primordiale Stammzellen?

Als primordiale Stammzellen werden die Urkeimzellen bezeichnet. Aus ihnen entwickeln sich die Gonozyten. Das sind die Urgeschlechtszellen. Die primordialen Stammzellen entstehen beim Menschen in der dritten Schwangerschaftswoche in der Wand des Dottersacks. Bereits in der sechsten Woche gehen sie auf Wanderschaft und siedeln sich in der Gonadenanlage an. Aus diesem Gewebe entwickeln sich Eierstock oder Hoden. Aus den primordialen Stammzellen entstehen dort die Keimzellen, die sogenannten Gameten. Bei einer Frau bzw. einem Mädchen sind dies die Eizellen (Oocyten), bei einem Jungen bzw. Mann die Samenzellen (Spermien).

Die Keimzellen haben einen ganz besonderen Aufbau. Im Gegensatz zu normalen Körperzellen besitzen sie einen haploiden, d. h. einfachen, Chromosomensatz. Körperzellen, also somatische Zellen, haben dagegen einen diploiden, d. h. doppelten, Chromosomensatz. Dieser kleine, aber durchaus feine Unterschied führt dazu, dass die primordialen Stammzellen in der Embryogenese sehr frühzeitig von der Entwicklung der übrigen Körperzellen entkoppelt werden.

Damit lassen sich die primordialen Stammzellen in der Klassifikation der Stammzellen der Unterscheidung nach dem Zelltyp zuordnen.

 

Abgrenzung primordiale Stammzellen und somatische Stammzellen

Der Name primordiale Stammzellen wird auch in Abgrenzung zu den somatischen Stammzellen genutzt. Er leitet sich übrigens vom englischen Begriff „primordial germ cells“ ab.

Somatische Stammzellen sind in der Lage, sich zu den Körperzellen des Organs oder des Gewebes zu entwickeln, in dem sie sich befinden. Bei den primordialen Stammzellen handelt es sich dagegen um die Vorgängerzellen der Gameten, wie die Ei- und Samenzellen bei Mann und Frau auch genannt werden. Sowohl die weibliche Eizelle als auch die männliche Samenzelle besitzt nur einen einfachen Chromosomensatz aus 23 Chromosomen. Dieser besteht genaugenommen aus 22 Autosomen und einem Gonosom. Letzteres ist das Geschlechtschromosom. Die weibliche Eizelle bringt als Gonosom immer ein X-Chromosom ein. Das männliche Spermium trägt als Gonosom entweder ein X- oder ein Y-Chromosom. Von daher entscheidet das Spermium am Ende darüber, welches Geschlecht der Nachwuchs haben wird.

Bei der Befruchtung verschmelzen die Gameten zur Zygote, wie Experten die befruchtete Eizelle bezeichnen. Aus zwei haploiden Chromosomensätzen wird damit wieder ein diploider Chromosomensatz.

 

Ohne Oogenese und Spermatogenese kein neues Leben

Der Vorgang, wie aus den Oogonien, den Ureizellen, befruchtungsfähige Eizellen werden, heißt Oogenese, stellenweise auch als Ovogenese bezeichnet. Sie findet im Eierstock statt. Bereits ab der 4. Schwangerschaftswoche beginnen die Oogonien sich symmetrisch zu teilen. Bei der Mitose entstehen aus einer Mutterzelle zwei identische Tochterzellen. Dieser Vermehrungsprozess endet erst mit dem ersten Lebensjahr des Mädchens. In dieser Zeit sind zwischen 700.000 bis 2 Millionen Oogonien aus den wenigen primordialen Stammzellen hervorgegangen. Bis zur Pubertät sterben jedoch viele wieder ab. Beim Einsetzen der Geschlechtsreife befinden sich in den Eierstöcken ca. 500.000 Eizellen. Nur rund 500 von ihnen erreichen im Normallfall den Eisprung und bekommen damit die Chance auf eine Befruchtung.

Der Vorgang, wie aus den Spermatogonien, den Ursamenzellen, befruchtungsfähige Spermien entstehen, heißt Spermatogenese. Die Spermatogenese verläuft im Hoden. Sie beginnt bereits vor der Geburt und setzt sich fast ein Leben lang fort. Tritt die Geschlechtsreife beim Jungen ein, so werden aus den vorrätigen Stamm-Spermatogonien zwei Arten gebildet: A-Spermatogonien und B-Spermatogonien. Zunächst teilen sich die Stamm-Spermatogonien asymetrisch. Eine Tochterzelle erbt dabei exakt die Eigenschaften der Mutterzelle. Sie bleibt ein Stamm-Spermatogonium und damit ein A-Spermatogonium. Es sorgt dafür, dass die Population der Ursamenzellen konstant bleibt. Die zweite Tochterzelle teilt sich erneut. Aus ihr gehen jedoch die B-Spermatogonien hervor, die in die Phase der Reifung eintreten. Sie gehen auf Wanderschaft. In den Hodenkanälchen erfolgt die Reifeteilung, d. h. der Chromosomensatz wird hier halbiert. Von nun an heißen sie Spermatozyten. Am Ende sind aus einem Spermatozyt 4 Spermatiden entstanden. Sie entwickeln sich während der Spermiogenese zu Spermien. Die gesamte Spermatogenese dauert ca. 64 Tage beim Menschen. Ein gesunder Mann produziert jede Sekunde rund 1.000 Spermien. Mit jedem Samenerguss werden über 300 Millionen Spermien ins Fortpflanzungswettrennen geschickt.

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Schematische Darstellung wie aus primordialen Stammzellen durch Ovogenese und Spermatogenese Ei- und Samenzelle entstehen. Da Keimzellen einen haploiden Chromosomensatz verfügen, muss der Chromosomensatz der Urkeimzelle halbiert werden.

 

Primordiale Stammzellen in der Forschung

Primordiale Stammzellen haben ganz besondere Eigenschaften. Sie können sich zu jedem Gewebe der drei Keimblätter (Mesodern, Endoderm und Ektoderm) entwickeln. Normalerweise sind dazu nur die pluripotenten, embryonalen Stammzellen in der Lage. Für die Forschung ist daher diese Stammzellenart besonders interessant. Die Urkeimzellen können aus abgetriebenen Feten oder sehr frühen, spontanen Fehlgeburten isoliert werden. Die Gewinnung der fetalen Stammzellen ist zwar ebenfalls ethisch umstritten, aber gesetzlich nicht so streng reglementiert wie die Gewinnung von embryonalen Stammzellen.