Zellbiologie

Der ausschlaggebende Faktor

Biologie

20. Februar 2009

Eine Kolonie von 1-Faktor-iPS Zellen Bild vergrößern
Eine Kolonie von 1-Faktor-iPS Zellen

Seit Jahren wird mit Hochdruck nach einer Methode gesucht, mit der sich ausgereifte Zellen so umprogrammieren lassen, dass sie sich wie embryonale Stammzellen verhalten - jene Alleskönner unter den Zellen, die nach wie vor in der Lage sind, jeden der mehr als 200 Zelltypen des Körpers zu bilden. Mit solchen vom Patienten stammenden, pluripotenten Stammzellen könnte sich die Hoffnung nach einer unerschöpflichen Quelle für körpereigenes Ersatzgewebe zur Behandlung diverser Krankheiten wie Parkinson, Herzleiden oder Diabetes erfüllen.

Vor gut zwei Jahren erregten japanische Forscher daher großes Aufsehen, als es ihnen glückte, Hautzellen einer Maus in ihren embryonalen Urzustand zurückzuversetzen. Das Rezept schien einfach: Um die begehrten Multitalente zu erzeugen, hatte das Team um Shinya Yamanaka mithilfe von Viren aktive Zusatzkopien von lediglich vier, normalerweise abgeschalteten Genen in die Zellen eingeschleust. Doch dahinter steckte eine detektivische Meisterleistung, schließlich wusste bis dahin niemand, ob und wenn ja, mit welchen Faktoren sich eine Zelle überhaupt reprogrammieren lässt. Allein Yamanaka und seine Kollegen mussten 24 Kandidaten in allen erdenklichen Kombinationen testen, bis sie die entscheidenden Faktoren - die Gene Oct4, Sox2, c-Myc und Kfl4 - dingfest machen konnten.

Mitarbeitern von Hans Schöler, Direktor am Max-Planck-Institut für biomolekulare Medizin in Münster, gelang nun ein weiterer Coup. Wie Jeong Beom Kim und Holm Zaehres herausfanden, genügt tatsächlich ein einziges Gen aus dem Cocktail, um die Lebensuhr in neuronalen Stammzellen zurückzudrehen: der Transkriptionsfaktor Oct4. Dass ausgerechnet Oct4 für einen kompletten Neustart ausreicht, ist für Schöler ein Déjà-vu, hatte er diesen Transkriptionsfaktor doch bereits Ende der 80er-Jahre in Eizellen von Mäusen deckt und kurz darauf auch das zugehörige Gen beschrieben.

Schon damals zeichnete sich ab, dass der Faktor eine Schlüsselrolle in der Keimbahn spielt, erinnert sich Schöler: "Denn das Gen war nicht nur in Eizellen aktiv, sondern auch in frühen Embryonen, embryonalen Stammzellen und dann Keimzellen - all jenen Zellen also, die das Leben von einer Generation in die nächste tragen können und damit potenziell unsterblich sind." In allen Körperzellen dagegen war es stets abgeschaltet. Unklar war lange, ob diese Korrelation auf einer Ursache oder aber allein auf Zufall beruhte. Durch gezielte Experimente zeigte Schöler jedoch später, dass Oct4 für die Aufrechterhaltung der Pluripotenz von Zellen unerlässlich ist.

"Im Nachhinein scheint alles so naheliegend zu sein", sagt Schöler. Tatsächlich aber konnte bis vor Kurzem niemand wissen, ob sich ausgereifte Körperzellen in pluripotente Zellen verwandeln lassen. "Auch ich", gesteht der Zellbiologe, "hätte deshalb bis vor ein paar Jahren niemals versucht, einfach nur Oct4 auf Zellen zu geben und dann mehrere Wochen zu warten, was passiert." Während beim Einsatz von vier Faktoren die Reprogrammierung bereits nach rund einer Woche erfolgreich abgeschlossen ist, muss man bei Oct4 schon drei bis vier Wochen warten. Doch die Geduld zahlt sich aus: Die Zellen, bei denen der "Reset" mit Oct4 geklappt hatte, verfügten über die gleichen Fähigkeiten wie jene, die mit zwei oder vier Faktoren reprogrammiert wurden; aus ihnen ließen sich ebenso gut wieder Herz-, Nerven- oder Keimzellen züchten.

Max-Planck-Gesellschaft (2009)

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