Wer bin ich? – Neue Erkenntnisse wie Zellen ihre Identität schützen ermöglichen innovative Therapien

Ein Team von Wissenschaftlern des Helmholtz Zentrum München hat wichtige neue Erkenntnisse im Kampf gegen neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson gewonnen. Neurodegenerative Erkrankungen zählen zu den gravierendsten Gesundheitsproblemen des 21. Jahrhunderts. Eine wichtige Therapiemöglichkeit ist die Zellersatztherapie mit künstlichen Nervenzellen. Dr. Stefan H. Stricker und Valentin Baumann vom Helmholtz Zentrum München und Kollegen der Ludwig-Maximilians-Universität München haben nun entdeckt, wie Zellen aktiviert und so therapeutisch eingesetzt werden können. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nature Communications“ publiziert.Wie Zellen ihre Identität fixieren

Verschiedene Zelltypen erfüllen spezifische Aufgaben im Körper. Theoretisch haben jedoch alle Zellen das Potenzial, sich zu jeder beliebigen Körperzelle entwickeln zu können und die hierfür vorgesehene Funktion zu erfüllen. „Bisher war unklar wie jede der vielen Billionen Zellen im Körper sich daran erinnert, welcher Zelltyp sie ist und welche Rolle sie entsprechend zu spielen hat“, betont Valentin Baumann. „Wir haben nun entdeckt, dass die epigenetische Methylierung der DNA die entscheidende Blockade zur Verjüngung und Veränderung von neuronalen Stammzellen ist. Das ist neu und sehr spannend“, erklärt Stricker. „Die Methylierung schützt die Zelle vor Veränderung und bewahrt so ihre Identität“, ergänzt Baumann.

CRISPR-Technologie revolutioniert Gesundheitsforschung

Stricker und sein Team verwendeten „Epigenome Editing“ – eine auf CRIPR-basierende Technologie, die die DNA gezielt modifiziert. Im Gegensatz zu zur traditionellen CRISPR-Technologie wird hierbei die DNA-Sequenz nicht verändert. „‘Epigenome Editing‘ hat großes Potenzial sowohl in der Grundlagenforschung als auch für translationale und therapeutische Ansätze“, erklärt Stricker, Leiter der Studie. „Dass diese Technik die Genaktivität verändert, nicht jedoch die DNA-Sequenz, umgeht viele Bedenken in Richtung ethische Verantwortung und Sicherheit.“ Ein weiterer Vorteil ist, dass epigenetische Modifikation reversibel ist und dadurch versehentliche Fehler reversibel sind. „Wir haben die molekularbiologische Methode genutzt, um Chromatin, also das Material aus DNA und Proteinen, aus dem Chromosomen bestehen, zu verändern und so entscheidende Erkenntnisse zur Produktion künstlicher Nervenzellen gewonnen“, berichtet der Leiter der Studie, Dr. Stefan H. Stricker.

Das Team schaffte es, Gene von Stammzellen zu aktivieren, indem sie die anheftenden Methylgruppen von spezifischen, sogenannten Promotorregionen der DNA mit der CRISPR-Methode entfernten. „Danach war der Weg frei, um erschöpfte neuronale Stammzellen zu verjüngen und neue Nervenzellen zu generieren“, erklärt Stricker. Dieser Erfolg ist ein wichtiger Schritt, um gezielt hochwertige Stammzellen für therapeutische Zwecke im Bereich neuronaler Erkrankungen herzustellen, die Expression von krankheitsrelevanten Genen zu beeinflussen und Alterungsprozessen durch Verjüngung von neuronalen Stammzellen entgegenzuwirken.

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Originalpublikation:
Baumann, V. et al. (2019): Targeted removal of epigenetic barriers during transcriptional reprogramming. doi: 10.1038/s41467-019-10146-8