Ursprung der Stammzellen

Was macht Stammzellen zu Stammzellen?

Was Stammzellen zu Stammzellen macht und verhindert, dass diese als „normale Zellen enden“, dieser Frage gingen Forscher der Universität Freiburg nun bei Pflanzen nach. Sie sind damit dem Ursprung des Lebens auf der Spur. Nach ihren Erkenntnissen, sorgt ein Protein namens WOX2 dafür, dass sich bei Pflanzen ein Leben lang neue Organe bilden. Wissenschaftler wissen, ohne Stammzellen gäbe es bei Pflanzen und Tieren keine Aussicht auf Leben.

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Farne sind sehr urtümliche Pflanzen, die die Evolution bereits vor vielen Millionen Jahren hervorgebracht hat. Auch sie besitzen pflanzliche Stammzellen, mit deren Hilfe sie ein Leben lang neue Organe hervorbringen können.

 

Im Fachmagazin „Developmental Cell“ veröffentlichten die Freiburger Forscher ihre Ergebnisse und berichten, wie bei Pflanzen das Zusammenspiel der Spross-Stammzellen während der Embryogenese koordiniert ist.

 

Mit dem Meristem besitzen auch Pflanzen Zellen mit stammzellähnlichen Eigenschaften

Bekannt war bislang, dass sich pluripotente Stammzellen im Organismus in jeden beliebigen Zelltyp ausdifferenzieren können. Auch Pflanzen besitzen mit dem Meristem, dem Bildungsgewebe, Stammzellen. Im Gegensatz zu Tieren können die pflanzlichen Stammzellen ein Leben lang, komplett neue Organe bilden und dafür sorgen, dass aus einem kleinen Pflanzenstück am Ende eine komplette Pflanze entsteht. Der moderne Gartenbau nutzt diese Eigenschaft, um Pflanzen über Ableger und Stecklinge zu vermehren. Im Fall von einigen Bäumen kann ein Pflanzenleben durchaus über tausend Jahre dauern. Das Wurzelwerk einer Amerikanischen Zitterpappel (Populus tremuloides) im US-Bundesstaat Utah schätzen Experten auf 80.000 Jahre. Die Baumgruppe erstreckt sich auf 43 Hektar und besteht aus 47.000 Baumstämmen. Sie gilt nicht nur als die größte, sondern auch als die älteste lebende Pflanze der Welt.

Kein Wunder, dass pflanzliche Stammzellen für die Forschung so interessant sind. Was unterscheidet sie beispielsweise von humanen Stammzellen? Die Beantwortung dieser Frage könnte zentrale Probleme der Medizin lösen. Bislang ist die Funktion von Stammzellen bei der Regeneration von Geweben gut erforscht. Auch die Rolle der Alleskönnerzellen bei Wachstumsprozessen wird bereits recht gut verstanden. Dagegen ist viel weniger bekannt über das Zusammenspiel von Stammzellen in der Embryonalentwicklung, dem Ursprung des Lebens. Man weiß bislang nicht viel, wie aus der Urstammzelle überhaupt verschiedene Stammzellen werden können.

 

WOX2 sorgt dafür, dass Stammzellen in Pflanzen Stammzellen bleiben

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher aus Freiburg als Modellpflanze den Acker-Schmalwand (Arabidopsis), der im Volksmund oftmals auch als „Schotenkresse“ oder „Gänserauke“ bekannt ist und zu den Kreuzblütlern gehört. In dieser in Eurasien weitverbreiteten Pflanze hatten die Freiburger schon vor Jahren den Transkriptionsfaktor WUSCHEL identifizieren können. Dieser Transkriptionsfaktor ist für die beständige Erneuerung der Stammzellen verantwortlich. Bereits der Embryo besitzt das WUSCHEL-Protein zu dem Zeitpunkt, wenn die Bildung der Stammzellen beginnt.

Für die Entstehung von Stammzellen ist allerdings nicht WUSCHEL zuständig, sondern der verwandte Transkriptionsfaktor WOX2, wie die jüngsten Forschungsergebnisse zeigen.

Bislang wussten die Forscher, dass das Protein WOX2 früh Schritte bei der Musterbildung des Embryos steuert und damit dafür sorgt, dass bestimmte Strukturen im Embryo angelegt werden. WOX2 verhindert aber auch, dass sich in Regionen, wo Stammzellen entstehen sollen, die dortigen Zellen in spezialisierte Zelltypen entwickeln und damit ihr unbegrenztes Differenzierungspotential verlieren.

 

Pflanzen und Tiere haben ähnliche Strategien bei der Entstehung von Stammzellen

Mit diesen Untersuchungen gibt es Belege, dass auch Pflanzen eine ähnliche Strategie für die Entstehung von Stammzellen haben, wie sie bereits bei einigen Tieren entdeckt worden war. Beim Acker-Schmalwand reguliert WOX2 die Balance der Pflanzenhormone Zytokinin und Auxin. Über Zwischenschritte sorgt das Protein dafür, dass sich relativ viel Zytokinin und recht wenig Auxin in den Vorläuferzellen der Stammzellen ansammelt.

Genau diesen Mechanismus nutzen Pflanzenforscher bereits seit Jahrzehnten, um eine neue Pflanze aus einer Wurzel oder einem Blatt zu regenerieren. Das für die Gewebekulturen genutzte Verfahren bildet letztlich also nur den Prozess ab, den die Evolution schon viel, viel früher entdeckt hatte, indem sie dafür sorgt, dass sich während der Embryogenese Stammzellen entwickeln können. Der Ursprung der Stammzellen und damit des Lebens ist also vom Protein WOX2 abhängig.

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