Wissenschaftler finden den primitivsten Bauplan für die Erzeugung embryonaler Zellen

Eine Studie unter der Leitung von Professor Yossi Buganim vom Institut für Medizinische Forschung der Hebräischen Universität Jerusalem (HU) und Tommy Kaplan von der School of Computer Science and Engineering and Department of Computational Biology der HU hat 14.000 einzigartige Stellen in der DNA aufgedeckt, die bilden zusammen den elementarsten Bauplan für die Embryogenese – die Erzeugung von Embryonen. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Naturkommunikation.

Im Jahr 2006 fügten japanische Wissenschaftler vier embryonale Gene in Hautzellen ein und programmierten diese Hautzellen erfolgreich so um, dass sie wie embryonale Stammzellen wirken. Künstliche embryonale Stammzellen aus Hautzellen sind identisch mit natürlichen Stammzellen, die sich in den frühesten Stadien des embryonalen Entwicklungsprozesses entwickeln und für die Entwicklung aller Zellen eines Fötus verantwortlich sind. Sie können jedoch kein extraembryonales Gewebe wie die Plazenta bilden.

Im Jahr 2015 entdeckten Prof. Buganim und sein Team erstmals, wie man aus Hautzellen künstliche Plazenta-Stammzellen herstellen kann. Dieser Schritt ermöglichte es den Wissenschaftlern, die beiden frühesten Arten von Stammzellen im embryonalen Entwicklungsprozess zu erzeugen, der unmittelbar nach der Befruchtung einer Eizelle durch Spermien stattfindet. In dieser aktuellen Studie hat das HU-Forschungsteam, zu dem auch Ph.D. Die Studenten Mohammad Jaber, Ahmed Radwan und Netanel Loyfer untersuchten genau den Prozess, den Hautzellen durchlaufen, um sich entweder in embryonale oder plazentare Stammzellen umzuwandeln.

„Wir haben die Veränderungen analysiert, die Hautzellen durchlaufen, um ihre Identität zu ändern und zu einer der beiden frühesten Arten von Stammzellen zu werden Sich verändernde Hautzellen und epigenetische Marker (dh Markierungen, die die DNA schmücken und für die Genexpression verantwortlich sind). All dies ist entscheidend, wenn versucht wird, eine Hautzelle in eine künstliche embryonale oder Plazenta-Stammzelle umzuwandeln“, erklärte Buganim.

Die Forscher fanden heraus, dass die Veränderungen, die in Hautzellen stattfinden, um entweder embryonale oder plazentare künstliche Stammzellen zu werden, auf jeder Ebene völlig unterschiedlich sind, obwohl beide als Hautzellen begannen.

Wenn sich eine Hautzelle in eine künstliche embryonale Stammzelle verwandelt, beginnen sich die Teile der DNA, die für die Bildung von Gehirn, Herz und Leber verantwortlich sind, neu zu organisieren und sich darauf vorzubereiten, sich – bei dem richtigen Signal – in Gehirn-, Herz- oder Leberzellen zu differenzieren. Als sich andererseits dieselben Zellen in eine künstliche Plazenta-Stammzelle verwandelten, begannen sich die DNA-Stellen neu zu organisieren, damit sich die sich verändernde Zelle einnisten und Blutgefäße anziehen konnte, ein Phänomen, das natürlich vorkommt und es dem Embryo ermöglichte, sich in die Plazenta einzunisten Uterus.

Die bemerkenswerteste Entdeckung kam, als das Team die beiden Prozesse nebeneinander verglich und ein chemisches Molekül namens Methyl betrachtete, das mit bestimmten Bereichen der DNA interagiert und dafür verantwortlich ist, deren Expression zum Schweigen zu bringen. „Wir entdeckten, dass künstliche Plazenta-Stammzellen fast 14.000 DNA-Stellen mit Methyl enthielten, aber nirgends in den künstlichen embryonalen Stammzellen zu sehen waren“, sagte Buganim.

Als das Forschungsteam versuchte, die Bedeutung dieser DNA-Bereiche zu verstehen, stellte es fest, dass sie für die Bildung aller Organe und Zellen in sich entwickelnden Embryonen verantwortlich sind – von Gehirn, Herz, Leber und Nieren bis hin zu Skelett, Rückenmark und Bindegewebe.

Für die Zukunft könnte diese bedeutende Entdeckung dabei helfen, das embryonale Abwehrsystem zu erklären, das verhindert, dass sich frühe Plazentazellen zu embryonalen Zellen entwickeln. „Da Plazentazellen anfällig für Schäden und Infektionen sind, verhindert der natürliche Abwehrmechanismus des Körpers, dass Plazentazellen in den sich entwickelnden Embryo wandern und sich daran anheften, um Teil des Embryos zu werden“, erklärte Buganim. Insgesamt beleuchtet diese Studie Schlüsselmerkmale, die unsere Fähigkeit zur Umprogrammierung von Zellen charakterisieren, und bietet ein leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung von zellulärer Plastizität und Entscheidungen über das Zellschicksal.

Zur Verfügung gestellt von der Hebräischen Universität