Forschungen zur Differenzierung humaner Stammzellen
Somatische Stammzellen behalten ihre Stammzelleigenschaften nur über entsprechenden Kontakt mit ihrer Umgebung. In dieser so genannten Stammzellnische integriert die Stammzelle zahlreiche molekulare Signale in die eigenen Regulationsnetzwerke, sodass am Ende eine ausdifferenzierte Zelle mit spezifischer Funktion entsteht, die in vorbestimmter Anzahl ihre physiologische Aufgabe im Körper erfüllt. Das EU-finanzierte Projekt S.CE.N.E. (Deconstructing the stem cell niche in human interfollicular epidermis in vitro) untersuchte mit einer speziell entwickelten Versuchsanordnung, wie das Schicksal von Stammzellen bestimmt wird. Konstruiert wurde ein Mikrochip mit zwei Arten von Inseln, die jeweils Zehntausende von Stammzellen aufnehmen können. Die kleinere Insel forciert bei den aufgenommenen Zellen die Differenzierung innerhalb von 24 Stunden. Die Andere mit größerem Durchmesser gibt den Zellen mehr Raum, sodass sie in undifferenziertem Zustand bleiben. Die Forscher beobachteten mittels High-Content-Bildanalyse die Differenzierung Hunderttausender von Stammzellen aus der äußeren Epidermis und untersuchten mit Fluoreszenzreportern den Effekt von Rezeptor-Liganden-Interaktionen auf die Differenzierung der Stammzellen. Die Unmenge an Daten wurde dann in hochaussagefähigen Datensätzen erfasst. Bei bestimmten Proteinen, so genannten YAP (Yes-associated protein), bestätigte sich eine signifikante Wirkung auf die Stammzelldifferenzierung. Der Transkriptions-Coaktivator YAP ist von entscheidender Bedeutung für die Organgröße und auch an der Entstehung menschlicher Tumorerkrankungen beteiligt. Offenbar wird er zum Teil über die physikalischen Eigenschaften des Substrats reguliert, und eine Überexpression von YAP kann die Signale der Nische außer Kraft setzen. Die Wissenschaftler analysierten auch, wie sich die in der menschlichen interfollikulären Epidermis exprimierten Notch-Liganden auf die Stammzelldifferenzierung auswirken. Einige Notch-Liganden induzierten eine starke Rezeptoraktivierung und terminale Differenzierung bei den großflächigen Mikrochip-Inseln, während andere die Differenzierung bei den kleineren Inseln teilweise blockierten. Die Forschungsergebnisse von S.CE.N.E. resultierten in einer In-vitro-Plattform, die für die Analyse von Stammzellnischeninteraktionen und Wirkstoffforschung weiterentwickelt werden kann. Vor allem aber bietet die Plattform eine Alternative zu Toxizitätstests an Tieren.
Schlüsselbegriffe
Stammzelle, Mikrochip, interfollikuläre Epidermis, Ligand, yes-associated protein
