Stammzellen & das Protein Pramel7

Schlüsselfunktion: Protein Pramel7 macht Stammzellen erst zu Alleskönnern

Unter Forscher gelten embryonale Stammzellen als Alleskönner-Zellen, denn aus ihnen gehen alle Zelltypen des menschlichen Organismus hervor: Von den Hautzellen bis hin zu Herzmuskelzellen. Im Labor jedoch ist es schwierig, die Pluripotenz aufrechtzuerhalten, denn die Fähigkeiten der Stammzellen sind eingeschränkt. Vor Kurzem fanden Wissenschaftler der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich die Ursachen und können nun erklären, warum es so ist, wie es ist. Das neue Wissen könnte dazu beitragen, dass in Zukunft auch komplizierte Knochenbrüche einfacher heilen.

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Das Erbgut sollten sich Laien als ein riesiges Bücherregal mit Anweisungen vorstellen. Die Bücher enthalten an wichtigen Stellen Lesezeichen, sogenannte Methylgruppen, um zu markieren, welche Abschnitte für ganz bestimmte Zelltypen abgerufen werden müssen. Das Protein Pramel7 sorgt bei Stammzellen dafür, dass diese Lesezeichen gelöscht werden. Die Stammzellen sind damit auf „Werkeinstellung „zurückgesetzt und so in der Lage sind, sich zu ganz verschiedenen Zellarten auszudifferenzieren. Ohne Pramel7 wären embryonale Stammzellen keine Alleskönnerzellen, aus denen sich ein kompletter Mensch mit rund 100 Billionen Körperzellen entwickelt.

 

Stammzellen sind die Antriebsfeder des Lebens

Die Funktion und der Aufbau von Hautzellen, Muskelzellen und Leberzellen unterscheidet sich fundamental voneinander. Alle Zellen im Körper haben dennoch den gleichen Ursprung. Direkt nach der Befruchtung beginnt sich aus der befruchteten Eizelle, der Zygote, der vollständige Mensch zu entwickeln. Die Zygote gilt als Urstammzelle und die Stammzellen sind damit die Bausteine des Lebens. Ohne sie gäbe es keine Differenzierung und so auch keine Reparatur und Regeneration. Nach kurzer Zeit würde jedem Organismus der Tod drohen.

Besonders die embryonalen Stammzellen sind sehr teilungsfreudig und anpassungsfähig. Auf diese Alleskönnerzellen setzt die Regenerative Medizin, denn aus ihnen lässt sich per Tissue Engineering jedwedes Ersatzgewebe züchten – so die Vision der Mediziner.

Doch im Labor finden sich Unterschiede zwischen den dort verwendeten, gezüchteten Stammzellen und denen in frühen Embryos. Im Labor sind die Stammzellen bislang nicht in der Lage, sich zu jedem gewünschten Zelltyp zu entwickeln.

 

Pramel7 setzt Stammzellen auf „Werkseinstellung“ zurück

Die Züricher Forscher fanden nun einen Schlüsselfaktor, der den Stammzellen im Labor fehlt. Es handelt sich dabei um das Protein Pramel7. Es ist an Prozessen beteiligt, die das Schicksal der Stammzellen auf „Werkseinstellungen“ zurücksetzen. In den im Labor-gezüchtete Stammzellen kommt Pramel7 jedoch wenig vor. Über diese bahnbrechende Entdeckung berichtet das Schweizer Wissenschaftsteam im Fachblatt „Nature Cell Biology“.

Die Stammzellenforscher sind dem Geheimnis der Alleskönner-Stammzellen ein großes Stück weit nähergekommen. Bei totipotenten Stammzellen ist das Erbgut relativ frei von epigentischen Markierungen. Diese können sich Laien ab besten als eine Art chemische Lesezeichen an der DNA vorstellen. Sie bestimmen welche Gene des Erbgutes abgelesen werde und welche nicht. Dass bei der Entstehung einer Hautzelle andere Gene aktiviert werden als bei der Entstehung einer Herzzelle oder einer Nervenzelle, ist klar. Jedoch enthält jede Körperzelle die kompletten Baupläne für alle Zelltypen.

Damit aus einer Stammzelle verschiedene Zelltypen hervorgehen können, müssen alle Gene frei zugänglich sein und damit eine Art „Open Source“-Lizenz haben. Genau an dieser Stelle setzt das Protein Pramel7 an. Es sorgt in einem schmalen Zeitfenster dafür, dass das Erbgut in den Zellen eines erst wenige Tage alten Embryos von allen Lesezeichen gereinigt wird. Die Methylgruppen an der DNA werden durch das Protein entfernt. Je weniger Lesezeichen – sprich Methylgruppen – es gibt, desto weiter wird das Buch des Lebens aufgeschlagen, d. h. den Stammzellen stehen mehr Differenzierungsoptionen zur Verfügung.

 

Epigentische Lesezeichen schränken das Potential einer Stammzelle ein

In den im Labor kultivierten Stammzellen kann Pramel7 jedoch kaum nachgewiesen werden. Am Erbgut dieser Zellen werden dementsprechend auch mehr Methylgruppen beobachtet als bei den Stammzellen des frühen Embryos. Für ihre Untersuchungen schalteten die Wissenschaftler Pramel7 sogar komplett aus. Dann blieben die Stammzellen in ihrer Entwicklung stecken. Für die Stammzellenforscher ist dies ein wichtiger Hinweis, wie lebenswichtig das Eiweiß Pramel7 ist.

Die bisherigen Erkenntnisse beruhen auf Studien an Mäusen. Im nächsten Schritt muss nun untersucht werden, ob sich diese Zusammenhänge auch beim Menschen und menschlichen Stammzellen wiederfinden lassen. Die langfristige Hoffnung der Mediziner ist, dass in Zukunft dank einer Stammzellentherapie komplizierte Knochenbrüche schneller heilen können.

 

Neue Erkenntnisse könnte Therapie bei komplizierten Knochenbrüche forcieren

Normalerweise heilen Knochen gut, denn sie können sich super regenerieren. Anders als bei tiefen Hautwunden, verheilt das Knochengewebe sogar gänzlich ohne Narbenbildung. Doch damit die Reparaturprozesse in Gang kommen, müssen sich die Knochenstümpfe berühren. Nur so können sie wieder zusammenwachsen. Bei komplexen Mehrfachbrüchen, wie sie infolge schwerer Unfälle entstehen, sieht ein Knochen jedoch manchmal aus wie ein Trümmerfeld. Einzelne Stücke sind dann nicht mehr brauchbar. Zwischen den beiden Enden des Knochenbruchs klafft eine Lücke. Der Heilungsprozess kommt schwer in Gang.

Die Zürcher Forscher suchen daher nach einem geeigneten Knochenersatz. Die Idee: Körpereigene Stammzellen besiedeln ein Trägermaterial. So soll sich neuer Knochen bilden.

 

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