Entdeckung eines neuen Mechanismus für Stammzellteilung

Wien (OTS) - Eine neue Technologie erlaubt es, den Vorgang der Zellteilung im lebenden Organismus in Echtzeit zu beobachten. Wissenschaftler am Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) konnten auf diese Weise einen bisher unbekannten Mechanismus beschreiben, der asymmetrische Zellteilungen und Stammzelldifferenzierung kontrolliert

Nach wie vor sind zahlreiche therapeutische Hoffnungen mit dem Einsatz von Stammzellen verknüpft. Sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten medizinischen und pharmazeutischen Forschung bemühen sich daher Wissenschaftler, möglichst viele Aspekte dieses ganz besonderen Zelltyps zu verstehen. Die Arbeitsgruppe um Jürgen Knoblich am IMBA, dem Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, ist auf diesem Weg nun ein gutes Stück weitergekommen. Das Forscherteam stellt die jüngsten Ergebnisse in der kommenden Ausgabe des Wissenschaftsjournals Cell vor (Erscheinungsdatum 9.9.2005, advance online Publikation am 1.9.2005).

Asymmetrische Zellteilung

Ein zentrales Ereignis im Lebenszyklus von Stammzellen ist die sogenannte asymmetrische Zellteilung. Dieser Vorgang führt dazu, dass aus der Stammzelle zwei unterschiedliche Tochterzellen hervorgehen:
eine spezialisierte (=differenzierte) Zelle und eine weitere Stammzelle (=proliferierende Zelle), die sich unbegrenzt teilen kann. Die differenzierte Zelle erfüllt in der Folge bestimmte Aufgaben, etwa innerhalb eines Organs. Die Stammzelle liefert weiterhin Nachschub für neue Zellen und verändert sich dabei praktisch nicht.

Diesen Ablauf in seiner subtilen Balance zu verstehen, ist das Anliegen von Jürgen Knoblich, der seit 2004 als Senior Scientist am IMBA forscht. Bisher hatten er und seine Mitarbeiter sich auf einen bereits länger bekannten Mechanismus konzentriert. Dabei werden bestimmte Proteine innerhalb der Zelle verlagert, bevor diese sich zu teilen beginnt. Die einseitige Verteilung von Zellinhaltsstoffen hat zur Folge, dass die beiden Tochterzellen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dieser Vorgang der asymmetrischen Zellteilung ist im Detail charakterisiert und verstanden. In den letzten Jahren häuften sich jedoch Hinweise darauf, dass es daneben noch einen anderen Weg geben muss, der ungleiche Tochterzellen aus Stammzellen entstehen lässt.

Lebende Zellen unter dem Mikroskop

Das IMBA-Team untersucht asymmetrische Zellteilung im Nervensystem von Fruchtfliegen. Die Forschungsergebnisse lassen sich meist auf den Menschen übertragen, denn die molekularen Mechanismen sind im Lauf der Evolution fast unverändert beibehalten worden. Eine neue Methode erlaubt es den Forschern seit kurzem, den Zellen bei der Teilung direkt zuzusehen. Die "live imaging" Technologie nutzt fluoreszierende Proteine, mit denen Zellen im intakten Organismus markiert und an einem konfokalen Mikroskop in Echtzeit betrachtet werden können.

Neuer Mechanismus entdeckt

Unter Einsatz dieser innovativen Technologie konnten die Forscher nun einen bisher unvermuteten Mechanismus beobachten, der Zellen zur asymmetrischen Teilung befähigt. Bei diesem Vorgang kommt es zu einer grundlegenden Umstellung des Zellstoffwechsels mit weitreichenden Folgen. Normalerweise reagieren Zellen auf Signale aus ihrer Umgebung mittels Rezeptoren, die an der Zelloberfläche verankert sind. Diese Rezeptormoleküle werden, nach Empfang eines Signals, im Inneren der Zelle umgebaut und nach einem Recyclingprozess wieder an die Zelloberfläche zurückgeschleust. Der neu entdeckte Mechanismus ist dadurch charakterisiert, dass eine der beiden Tochterzellen diesen Recyclingapparat vorübergehend abstellt und die beteiligten Moleküle abbaut -. also "Müllverbrennung statt Recycling".

Vorerst sind die beschriebenen Vorgänge im Nervensystem der Fliege beobachtet worden. Asymmetrische Zellteilungen sind auch beim Menschen nachgewiesen. Man hat sie in der Haut, im Muskel- und Nervengewebe und im Auge beobachtet. Ob der neu entdeckte Mechanismus ebenfalls im menschlichen Körper abläuft, wollen die Forscher als nächstes herausfinden. Die Beschäftigung damit ist jedenfalls nicht rein akademsich. Asymmetrische Zellteilungen spielen unter anderem bei der Tumorentstehung eine Rolle. Von der genauen Kenntnis der molekularen Abläufe erhoffen sich die Wissenschaftler daher nicht nur neue Aufschlüsse über die Teilung und Entwicklung von Stammzellen, sondern auch über die Entstehung von Krebs.

Die Arbeiten wurden mit Mitteln des Schweizer Nationalfonds, des Boehringer Inhelheim Fonds und des Wissenschaftsfonds FWF gefördert.

IMBA

Das IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kombiniert Grundlagen-und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin. Interdisziplinär zusammengesetzte Forschergruppen bearbeiten funktionsgenetische Fragen, besonders in Zusammenhang mit der Krankheitsentstehung. Ziel ist es, das erworbene Wissen in die Entwicklung innovativer Ansätze zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten einzubringen.

IMP- IMBA Research Center

Zwischen dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP), das 1988 von Boehringer Ingelheim gegründet wurde, und dem seit 2003 operativen Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA) wurde eine enge Forschungskooperation vereinbart. Unter dem Namen "IMP-IMBA Research Center" greifen die beiden Institute auf eine gemeinsame Infrastruktur im wissenschaftlichen und administrativen Bereich zu. Die beiden Institute beschäftigen insgesamt über 300 Mitarbeiter aus 30 Nationen und sind Mitglied des Campus Vienna Biocenter.

Rückfragen & Kontakt:

Dr. Heidemarie Hurtl
IMP-IMBA Communications
Tel. +43 1 79730-358
heidemarie.hurtl@imba.oeaw.ac.at

Dr. Jürgen Knoblich
IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
juergen.knoblich@imba.oeaw.ac.at

Link:
http://www.imba.oeaw.ac.at/knoblich/index.html

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