Insulin-bildende Betazellen aus Stammzellen

24. Jan 2014

Der Wnt/β-Catenin-Signalweg und die microRNA 335 sind wesentlich daran beteiligt, aus Stammzellen differenzierte Vorläuferzellen auszubilden. Diese organisieren sich in Keimblättern und sind damit Ursprung verschiedener Gewebetypen, so auch der Bauchspeicheldrüse und ihrer Insulin-bildenden Betazellen. Damit haben Wissenschaftler molekulare Schlüsselfunktionen der Stammzelldifferenzierung entdeckt, die für die Betazell-Ersatztherapie bei Diabetes genutzt werden könnten. Die Ergebnisse wurden jeweils in der renommierten Fachzeitschrift ‚Development‘ veröffentlicht.

Stammzellen in grüner und roter Anfärbung

Bild: Helmholt Zentrum München

Die Ergebnisse der Münchner Wissenschaftler geben neue Einblicke in die molekulare Steuerung bei der Stammzelldifferenzierung. Bei der Volkskrankheit Diabetes kommt es zu einer fehlerhaften Funktion der Insulin-produzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse. Regenerative Behandlungsansätze zielen darauf ab, diese Zellen zu erneuern bzw. zu ersetzen.

Sogenannte pluripotente Stammzellen, welche sich in alle Zelltypen des menschlichen Körpers differenzieren können, organisieren sich früh in sogenannte Keimblätter: Endo-, Meso- und Ektoderm. Aus diesen drei Zellpopulationen entstehen unterschiedliche funktionelle Gewebezellen, wie z.B. Hautzellen, Muskelzellen, und spezifische Organzellen.

Verschiedene Signalwege sind für diese Keimblatt-Organisation wichtig, unter anderem der sogenannte Wnt/β-Catenin-Signalweg. Die Zellen der Bauchspeicheldrüse, wie die Betazellen, entstammen dem Endoderm, dem Keimblatt, aus dem auch Magen-Darm-Trakt, Leber und Lunge entstehen. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass der Wnt/β-Catenin Signalweg den Transkriptionsfaktor Sox17 reguliert. Sox17 steuert molekulare Programme, die pluripotente Zellen dem Endoderm zuordnen und sorgt so für eine erste Differenzierung der Stammzellen.

In einem weiteren Projekt konnten die Forscher einen anderen Mechanismus aufdecken, der die Vorläuferzellen beeinflusst: miRNA-335, eine Boten-Nukleinsäure, reguliert die endodermalen Transkriptionsfaktoren Sox17 und Foxa2 und ist ausschlaggebend für die Differenzierung der Zellen innerhalb dieses Keimblatts und ihre Abgrenzung vom benachbarten Mesoderm. Die Konzentrationen der Transkriptionsfaktoren bestimmen hierbei, ob diese Zellen sich in Lungen-, Leber- oder Bauchspeicheldrüsenzellen entwickeln.

„Unsere Ergebnisse stellen zwei Schlüsselprozesse der Stammzelldifferenzierung dar“, erklärt Letztautor Prof. Heiko Lickert. Mit einem verbesserten Verständnis der Zellausbildung könnte es gelingen, funktionsfähige spezialisierte Zellen aus Stammzellen zu generieren. Diese könnten für vielfältige Therapieansätze genutzt werden, so Lickert. Bei Diabetes ließen sich damit die defekten Betazellen ersetzen, aber auch für andere Organdefekte und -erkrankungen bietet die Regenerationsmedizin neue Therapieoptionen.

Quellen:
Engert, S. et al.: Wnt/β-catenin signalling regulates Sox17 expression and is essential for organizer and endoderm formation in the mouse. In: Development, 2013, doi:10.1242/dev.088765

Yang, D. et al.: miR-335 promotes mesendodermal lineage segregation and shapes a transcription factor gradient in the endoderm. In: Development, 2014, doi:10.1242/dev.104232


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