25. Aug 2015

Totipotenz aus dem Labor: Stammzellen mit unbegrenzten Fähigkeiten

Wissenschaftler haben Zellen der Maus in den Urzustand zurückversetzt: Theoretisch kann aus jeder dieser Zellen ein ganzes Tier entstehen. Das freut die Entwicklungsbiologen, aber wem hilft es sonst noch?

totipotent cells

Quelle: IGBMC

Eine einzelne Zelle teilt sich milliardenfach und bildet – allein aus sich heraus – eine Maus oder einen Menschen. Zellen mit diesem Entwicklungspotenzial bezeichnen Forscher als totipotent, und bislang gehörten nur Eizellen und ihre ersten Teilungsstadien dazu. Doch nun haben sie Gesellschaft bekommen: Wissenschaftler erzeugten erstmals totipotente Zellen im Labor. Steht die nächste Revolution in der Stammzellforschung bevor?

Die Erzeugung der menschlichen pluripotenten Zellen im Jahr 1998 war eine solche Revolution: Forscher versuchen seitdem unermüdlich, alle denkbaren Gewebe und Organe in der Petrischale zu züchten. Und Mediziner träumen davon, endlich Therapien für bislang unheilbare Krankheiten zu finden.

Pluri oder toti

Dabei fehlt den pluripotenten Vertretern – namentlich embryonale Stammzellen und iPS-Zellen – eine entscheidende Fähigkeit: Den fetalen Teil der Plazenta können sie nicht bilden. Daher wachsen sie auch nicht zu einem vollständigen Organismus heran – dies können nur die totipotenten Zellen.

Dennoch ebneten embryonale Zellen den Weg zur Totipotenz. In embryonalen Kulturen fanden Forscher schon immer sich einen kleinen Anteil – gerade einmal 0,5 % – von totipotenten Zellen: Diese sogenannten 2C-like cells (sie ähneln dem Zweizell-Stadium des Embryos) waren jedoch nicht stabil und schwer zu kultivieren. Aber immerhin reichte deren Zahl aus, um sie genau zu analysieren. Die Ergebnisse veröffentlichten nun Wissenschaftler um Maria-Elena Torres-Padilla vom INSERM im französischen Illkirch und Juan Vaquerizas am MPI für Biomedizin in Münster.

Lockere DNA

Ihnen fiel auf, dass die Erbsubstanze der 2C-like cells eine besondere Struktur aufwies – die DNA war lockerer gepackt als bei anderen Zellen. Dazu passte, dass auch die Aktivität des Faktors CAF-1 verringert war: Dieser Proteinkomplex trägt dazu bei, die Packungsdichte der DNA zu erhöhen.

Hatten diese beiden Beobachtungen etwas mit der Totipotenz zu tun? Die Forscher machten die Probe aufs Exempel: Sie schalteten die Aktivität von CAF-1 genetisch aus – und erzeugten damit erstmals totipotente Zellen im Labor.

Noch fehlt einiges

Der finale Beweis der Totipotenz scheint aber noch auszustehen. Bislang weist nur die Analyse der Genexpression und manche Experimente beim Kerntransfer in diese Richtung. Auf das wohl aufregendste Experiment – die Entwicklung einer Maus aus einer einzelnen Zelle – müssen wir wohl noch etwas warten.

Die Methode wurde auch noch nicht genutzt, um totipotente Zellen aus iPS-Zellen zu erzeugen – die Reprogrammierung ausdifferenzierter Gewebezellen zu den ursprünglichsten aller Stammzellen wäre damit komplett. Und es ist noch nicht klar, ob auch totipotente Zellen des Menschen entstehen können.

Von Therapien und Klonkriegern

Doch bei dem Tempo, das die Stammzellforschung im Moment vorlegt, kann man sich fast schon sicher sein: In absehbarer Zeit werden auch diese Hürden genommen. Damit drängt sich eine Frage auf: Welche Folgen wird das haben?

Die erste mögliche Konsequenz: Neue Ansätze in der Stammzellmedizin. Das jedoch scheint mir eher unwahrscheinlich. Schon die bislang verwendeten pluripotenten Zellen genügen, um fast alle Gewebe künstlich zu erzeugen. Ich zumindest habe noch nie davon gehört, dass mangelnde Flexibilität eines der großen Probleme der Stammzelltherapie ist. Und Krankheiten, die nur mit dem fetalen Teil der Plazenta geheilt werden können, sind auch eher selten.

Eine weitere mögliche Folge: Das effiziente Klonen von Tieren – und vielleicht sogar von Menschen. Aber auch hier schaffen totipotente Zellen nur bedingt eine neue Qualität, denn Klonen kann man auch mit pluripotenten Zellen. Dazu braucht es zwar einen Trick – die sogenannte tetraploide Komplementierung – aber bei Mäusen funktioniert das bereits wunderbar. Die Gefahr, dass demnächst Armeen von Klon-Kriegern aufmarschieren, hat sich also nicht dramatisch erhöht.

Erstmal nur staunen

Freuen werden sich aber definitiv die Entwicklungsbiologen. Schon die pluripotenten Zellen waren ein wunderbares Spielzeug, die totipotenten Zellen werden es umso mehr sein. Und vielleicht führt deren Erforschung ja zu Erkenntnisse, die letztlich auch die Medizin voranbringen.

Erstmal bleibt uns nur das Staunen: Von der Eizelle zum Menschen – und dann den ganzen Weg wieder zurück. Der Hinweg in der natürlichen Entwicklung, der Rückweg künstlich in der Petrischale. Praktische Konsequenzen mag nicht haben, aber faszinierend ist dies allemal.

Quelle:
Ishiuchi et al., Nature Structural and Molecular Biology 2015: Early embryonic-like cells are induced by downregulating replication-dependent chromatin assembly

Mehr dazu auf wissensschau.de:
Adult, embryonal, induziert…: die Stammzellarten

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