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Einen Mechanismus, der die asymmetrische Teilung der Stammzellen im Gehirn der Fruchtfliege Drosophila reguliert, entdeckten Wissenschaftler der Arbeitsgruppe um Andreas Wodarz vom Exzellenzcluster CECAD für Alternsforschung. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „The EMBO Journal“ veröffentlicht.
Stammzellen im Fliegenhirn: Forscher entdecken Regulator
Der im Gehirn der Fliegen entdeckte Mechanismus wird mit Genen in Verbindung gebracht, deren Bedeutung für die Funktion von embryonalen Stammzellen in Säugern schon länger bekannt war. Damit wird zum ersten Mal eine direkte Verbindung zwischen den von Säugern bereits bekannten Stammzellfaktoren und der asymmetrischen Teilung von Stammzellen im Gehirn der Fliegen hergestellt.
Stammzellen sind überlebenswichtig, weil sie in der Lage sind, aus undifferenzierten Zellen viele verschiedene Zelltypen zu bilden. Dies ist sowohl für die Entwicklung des Embryos als auch für die Regeneration von Organen wie Haut, Darm oder Leber von großer Bedeutung. Stammzellen können sich wieder und wieder teilen, wobei jeweils zwei Tochterzellen entstehen. Eine Zelle, die den Weg der Differenzierung einschlägt und zum Beispiel eine Nervenzelle wird, und eine weitere Zelle, die als Stammzelle den Zyklus fortsetzt. Diese asymmetrische Teilung ist entscheidend für deren Funktion. Unklar war bislang jedoch, wie dieser Vorgang reguliert wird.
Wärend der asymmetrischen Zellteilung werden bestimmte Proteine so in der Zelle verteilt, dass sie bei der Teilung nur in die Tochterzelle gelangen, die sich zu einer spezialisierten Zelle entwickeln wird. Dieser Zustand wird als „polarisiert“ bezeichnet. Eine Gruppe von Genen, die die Polarität der Stammzelle steuern, war bereits bekannt. Völlig unklar war jedoch bislang, welche Faktoren diese Polaritätsregulatoren in Stammzellen anschalten und damit für den Erhalt der Stammzelle verantwortlich sind. Die Doktorandin Katja Rust untersuchte diese Frage in der Fruchtliege Drosophila, indem sie mit der Methode der „reversen Genetik“ eine Vielzahl von Genen ausschaltete, die in Säugern als unentbehrlich für den Erhalt von Stammzellen identifiziert worden waren.
Schließlich wurde Katja Rust fündig. Sie fand insgesamt acht Gene, die zu deutlich kleineren Gehirnen führten, wenn sie in den Stammzellen des Nervensystems ausgeschaltet wurden. Alle acht Gene haben Erbinformationen für Untereinheiten des sogenannten Tip60-Komplexes. Dieser Komplex ist entscheidend an der Regulation der Transkription, dem Ablesen der Gene, beteiligt und wird benötigt, um die Teilungsfähigkeit embryonaler Stammzellen in Säugern zu erhalten. Es war bekannt, dass der Tip60-Komplex mit dem Transkriptionsfaktor Myc zusammenwirkt. Tatsächlich konnte Rust zeigen, dass der Verlust von Myc ebenfalls zu kleineren Gehirnen in der Fliege führt. Interessanterweise verlieren viele Stammzellen in diesen Gehirnen ihre Polarität, was durch den Verlust eines Schlüsselregulators der Polarität zu erklären ist, der atypischen Proteinkinase C (aPKC). Rust konnte zeigen, dass aPKC direkt durch Myc und den Tip60-Komplex angeschaltet wird.
„Die Funktion des menschlichen Myc-Proteins wird sehr intensiv erforscht, da es in menschlichen Tumoren eines der am häufigsten deregulierten Gene ist“, erklärt Andreas Wodarz. „Gerät dieses Gen außer Kontrolle, beginnen die Zellen, sich unkontrolliert zu teilen. Verlieren die Zellen darüber hinaus ihre Polarität, kann die Bildung von Metastasen die Folge sein.“
Myc und den Tip60-Komplex untersuchen Wodarz und seine Doktorandin Hong Nguyen jetzt auch in einem anderen Kontext: den Stammzellen des Darms der Fruchtfliege. „Speziell der Dickdarm des Menschen ist eines der Gewebe, wo häufig Krebs entsteht, weil Stammzellen aus dem Ruder laufen. Die Fliege ist ein interessantes Modell, weil wir dort die Stammzellen sehr genau untersuchen und genetisch verändern können.“ Dabei betont der Forscher besonders die Übertragbarkeit der Erkenntnisse von der Fliege auf den Menschen: „Sie ist eher die Regel, als die Ausnahme. Fast alle molekularen Signalwege, die wir kennen, sind konserviert, finden sich also in sehr ähnlicher Form beim Menschen.“ Auch wenn die klinische Anwendung noch in der Ferne liegt, so ist die Grundlagenforschung an Modellorganismen doch ein unentbehrlicher Schritt auf dem Weg zur Entwicklung neuartiger Diagnose- und Therapiemethoden.
Die Arbeitsgruppe von Andreas Wodarz beschäftigt sich mit den molekularen Mechanismen der Zellpolarität und untersucht diese in verschiedenen Zelltypen. CECAD ist ein Exzellenzcluster der Universität zu Köln und Uniklinik Köln und erforscht alternsassoziierte Erkrankungen.
Inhaltlicher Kontakt:
Prof. Andreas Wodarz
Institut I für Anatomie
Universität zu Köln
+49-221-478-82880
andreas.wodarz@uk-koeln.de
Presse und Kommunikation:
Peter Kohl
+49 221 478-84043
pkohl@uni-koeln.de
Weitere Informationen: / Zur Publikation:
Myc and the Tip60 chromatin remodeling complex control neuroblast maintenance and polarity in Drosophila
Katja Rust, Manu D. Tiwari, Vivek Kumar Mishra, Ferdi Grawe and Andreas Wodarz The EMBO Journal
DOI: 10.15252/embj.201798659
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research results
German
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