Hintergrund

Das Markenzeichen der Organogenese in komplexen Organismen ist die terminale Differenzierung von embryonalen Stammzellen, um verschiedene adulte Gewebe zu bilden. Stammzellen, insbesondere embryonaler Stammzellen, können sich beliebig oft teilen und sind pluripotent (Thomson et al. 1998). Sie haben große Aufmerksamkeit als möglicher Therapieansatz zur Behandlung von beispielsweise Diabetes, Herz-Kreislauf-, neurologischen und Leber-basierten Erkrankungen erhalten. Für eine zukünftige Zellersatztherapie ist die Verwendung von embryonalen Stammzellen, die aus der  inneren Zellmasse (ICM) einer Blastozyste gewonnen werden, jedoch problematisch aus einer Reihe von Gründen, zu denen ethische, als auch Abstoßung von allogenen Zellen gehören. Um das Problem der Wirtsabstoßung zu verhindern, wurde nun von zahlreichen Laboratorien gezeigt, dass die kombinierte Expression von vier Transkriptionsfaktoren, OCT4, SOX2, NANOG und LIN28 oder OCT4, SOX2, Klf4 und MYC ausreicht, um somatische humane oder Maus-Zellen umzuprogrammieren in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen, kurz: iPS-Zellen. Diese Zellen haben einen normalen Karyotyp, zeigen Telomeraseaktivität, exprimieren bestimmte Gene und Proteine an Zelloberfläche charakteristisch für ES-Zellen und lassen sich zu fortgeschrittenen Derivaten aller drei Keimblätter differenzieren. Durch Differenzierung in verschiedene gewebespezifische Donor-Zellen könnten patientenspezifische iPS-Zellen zur Therapie verschieder Erkrankungen eingesetzt werden. Ausserdem können iPS-Zellen hilfreich sein bei Erforschung der Pathogenese von Erkrankungen sowie bei komplexen Toxikologiestudien und Wirkstoff-Screenings.

 

Wissenschaftlicher Überblick

Unsere Forschung kann man in fünf miteinander verküpfte Gebiete unterteilen:         

1. Mechanismen der  Transkription und Signaltransduktion zur Regulierung von Selbsterneuerung und Pluripotenz in humanen embryonalen Stammzellen, Karzinom-Zellen und iPS-Zellen (induzierte pluripotente Stammzellen).
2. Reprogrammierung somatischer Zellen von gesunden und kranken Individuen (Alzheimer, Nijmegen-Breakage-Syndrom und Steatose Patienten) in einen ES-Zustand (iPS-Zellen) und die Untersuchung der zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen.                  
3. Vergleichende Charakterisierung von funktionalen Hepatozyten und Nervenzellen aus humanen ES-Zellen und patienten-spezifischen iPS-Zellen mit dem Ziel eine Plattform für toxikologische Untersuchungen und Wirkstoff-Screenings zu schaffen.              
4. Systembiologie der Stammzellen und zelluläre Reprogrammierung.
5. Erstellung iPS-basierter Modell-Systeme um altersassoziierte Genexpressionsmuster und Signaltransduktionsmechanismen zu untersuchen. Dabei werden aus menschlichem Knochenmark gewonnene MSCs und dermale Fibroblastenzellen aus jungen und alten Menschen verwendet.

Aktuelle iPS-bezogene Projekte: