24.09.2015 - Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH

Anders als bisher gedacht: Die Dynamik von Pluripotenz-Transkriptionsfaktoren

Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München haben zusammen mit Kollegen von der ETH Zürich herausgefunden, dass Unterschiede in der Nanog-Expression embryonaler Stammzellen nicht unbedingt mit Unterschieden in der Expression anderer pluripotenter Faktoren einhergehen. Mit der nun im Wissenschaftsjournal Nature Cell Biology veröffentlichten Arbeit revidieren sie frühere Annahmen.

Nanog (Tír na nÓg, „Land der ewigen Jugend“) ist ein Transkriptionsfaktor, der in die Steuerung der Selbsterneuerung von Stammzellen involviert ist. Bisherige Modelle platzierten Nanog zentral im Regulationswerk von pluripotenten, embryonalen Stammzellen. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Fabian Theis, Leiter des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München, hat in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zusammen mit ehemaligen Kollegen der Research Unit Stem Cell Dynamics, der Gruppe um Prof. Dr. Timm Schroeder, nun am Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich in Basel, eine akkurate Quantifizierung und Analyse von Proteinexpressionen über mehrere Generationen durchgeführt und dabei die Dynamik verschiedener Transkriptionsfaktoren untersucht. Als Basis dienten embryonale Mausstammzellen, in denen das Nanog Protein mit einem fluoreszierenden Protein markiert ist.

„In unserem Versuchsansatz konnten wir zwei verschiedene Arten von Kolonien identifizieren“, berichtet Theis. „Während eine davon Nanog in einem Mosaikmuster reexprimierte, wurde bei der anderen über Generationen kein Nanog exprimiert“. Erstaunlich war dabei, dass beide Kolonien Pluripotenzmarker exprimierten. „Das war so nicht zu erwarten, da Nanog bis jetzt eine entscheidende Rolle bei der Regulation pluripotenter, embryonaler Stammzellen zugewiesen worden ist“, ergänzt Schroeder.

„Die entwickelten Methoden lassen sich auch auf andere Faktoren und Zellen anwenden“, fügt Carsten Marr, ICB, hinzu. „Wir werden die erzeugte Datenressource für weitere modellbasierte Analysen der Regulation von Nanog-Proteinexpressionen verwenden.“

Die Erkenntnisse der Arbeit sind wichtig für das Verständnis von Proteindynamik und die Kontrolle von Zellzuständen, beispielsweise bei der gezielten Reprogrammierung von Zellen. So wird das bisherige Bild eines sich gegenseitig stark regulierenden Pluripotenz Kern-Netzwerks der Faktoren Nanog, Oct4, und Sox2 widerlegt. Diesen Aspekt wollen die Wissenschaftler künftig weiter untersuchen.

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