Tempolimit für Zellen: Neue Hoffnung für die Stammzelltherapie

Kranke durch gesunde Zellen ersetzen ist eines der wichtigsten Ziele regenerativer Medizin. Viel Hoffnung setzen Forschende auf das Konzept der Zellumprogrammierung, bei dem sie einen bestimmten Zelltyp in einen anderen verwandeln. Ein Team von Helmholtz Munich hat es geschafft, die Effizienz der Zellumprogrammierung deutlich zu verbessern.

Ausgereifte menschliche Zellen haben eine besondere Einschränkung: Sie können nur neue Zellen des eigenen Typus hervorbringen. Daher eignen sich diese Zellen nicht für Zellersatztherapien. Im frühen Stadium der embryonalen Entwicklung gibt es jedoch totipotente Zellen, die alle Zelltypen unseres Körpers erzeugen können, einschließlich Stammzellen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit versuchen, diese Totipotenz im Labor mithilfe der Zellumprogrammierung nachzubauen, um damit neue Therapieansätze für kranke Menschen zu ermöglichen.

Für totipotente Zellen ticken die Uhren anders

Bislang sind nicht alle Eigenschaften von totipotenten Zellen bekannt. Nun haben Forschende bei Helmholtz Munich eine neue Entdeckung gemacht: „Wir haben herausgefunden, dass in totipotenten Zellen, die wir auch als die Mutterzellen der Stammzellen bezeichnen, die DNA-Replikation in einem anderen Tempo abläuft als in anderen, weiterentwickelten Zellen. Tatsächlich ist die Geschwindigkeit deutlicher langsamer als in allen anderen von uns untersuchten Zelltypen“, erklärt Tsunetoshi Nakatani, Erstautor der neuen Studie.

Die DNA-Replikation zählt zu den wichtigsten biologischen Prozessen von Zellen. Im Laufe des Lebens erzeugt eine Zelle während jeder ihrer Zellteilungen eine exakte Kopie ihrer DNA, sodass die entstehenden Tochterzellen das identische genetische Material tragen. So wird die korrekte Weitergabe des Erbguts ermöglicht.

Darüber hinaus entdeckten die Forschenden, dass die Geschwindigkeit der DNA-Replikation auch in künstlich erzeugten totipotent-ähnlichen Zellen aus dem Labor wesentlich geringer als bei anderen Zelltypen ist. „Nach dieser Beobachtung, stellten wir uns die Frage: Wenn es uns gelingt, die Geschwindigkeit der DNA-Replikation bewusst zu verlangsamen, können wir dann weiterentwickelte Zellen besser in totipotente Zellen umprogrammieren?“, so Nakatani.

Langsameres Tempo führt zu verbesserter Zellumprogrammierung

Der Verdacht bestätigte sich: In einem groß angelegten Experiment stellten die Forschenden fest, dass eine Verlangsamung der DNA-Replikationsgeschwindigkeit (beispielsweise durch eine Begrenzung des Substrats, das die Zellen für die DNA-Synthese benötigen) die Effizienz der Zellumprogrammierung erhöht. Die Zellen konnten sich deutlich schneller in einen anderen Zelltyp umwandeln.

„Das sind faszinierende Ergebnisse“, sagt Studienleiterin Maria-Elena Torres-Padilla. „Wir haben in den letzten Jahren totipotente Zellen ausführlich studiert um herauszufinden, wie sie alle Zellen unseres Körpers erzeugen können. Dies ist eine unserer grundlegenden Forschungsstrategien im Bereich der regenerativen Medizin. Unser neues Konzept ist so simpel und dennoch so bahnbrechend – wir glauben, dass es der Stammzelltherapie zu großen Fortschritten verhelfen wird.“