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Nanog-Konzentrationen verfolgt über acht Zellgenerationen einer Zelle (weiß: hoch, schwarz: kein Nanog; x: Zelle tot) ­ Bild: Carsten Marr / TUM/HMGU
Nanog-Konzentrationen verfolgt über acht Zellgenerationen einer Zelle (weiß: hoch, schwarz: kein Nanog; x: Zelle tot) -­ Bild: Carsten Marr / TUM/HMGU
  • Forschung

Neue Erkenntnisse zur Rolle von Nanog Dynamik von Pluripotenz-Transkriptionsfaktoren

Protein der ewigen Jugend

Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) haben zusammen mit Kollegen von der ETH Zürich herausgefunden, dass Unterschiede in der Expression eines Nanog genannten Transkriptionsfaktors in embryonalen Stammzellen nicht unbedingt mit Unterschieden in der Expression anderer pluripotenter Faktoren einhergehen. Mit der nun im Wissenschaftsjournal Nature Cell Biology veröffentlichten Arbeit revidieren sie frühere Annahmen.

Großes Potenzial sehen Wissenschaftler in Stammzellen, die sich in alle Körperzellen verwandeln können – sogenannte pluripotente Stammzellen. Mit ihnen könnten beispielsweise beschädigte Herzmuskelzellen ersetzt werden. Nanog (Tír na nÓg, „Land der ewigen Jugend“) ist ein Transkriptionsfaktor, der in die Steuerung der Selbsterneuerung von Stammzellen involviert ist. Bisherige Modelle platzierten Nanog zentral im Regulationswerk pluripotenter, embryonaler Stammzellen.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Fabian Theis, Leiter des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München und Ordinarius für Biomathematik an der TU München, hat in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zusammen mit ehemaligen Kollegen der Research Unit Stem Cell Dynamics, der Gruppe um Prof. Dr. Timm Schroeder, nun am Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich in Basel, eine akkurate Quantifizierung und Analyse von Proteinexpressionen über mehrere Generationen durchgeführt und dabei die Dynamik verschiedener Transkriptionsfaktoren untersucht. Als Basis dienten embryonale Mausstammzellen, in denen das Nanog-Protein mit einem fluoreszierenden Protein markiert ist.

Pluripotenz auch ohne Nanog

„In unserem Versuchsansatz konnten wir zwei verschiedene Arten von Kolonien identifizieren“, berichtet Theis. „Während eine davon Nanog in einem Mosaikmuster reexprimierte, wurde bei der anderen über Generationen kein Nanog produziert“. Erstaunlich war dabei, dass beide Kolonien Pluripotenzmarker exprimierten. „Das war so nicht zu erwarten, da Nanog bis jetzt eine entscheidende Rolle bei der Regulation pluripotenter, embryonaler Stammzellen zugewiesen worden ist“, ergänzt Schroeder.

„Die entwickelten Methoden lassen sich auch auf andere Faktoren und Zellen anwenden“, fügt Carsten Marr, ICB, hinzu. „Wir werden die erzeugte Datenressource für weitere  modellbasierte Analysen der Regulation von Nanog-Proteinexpressionen verwenden.“

Die Erkenntnisse der Arbeit sind wichtig für das Verständnis von Proteindynamik und die Kontrolle von Zellzuständen, beispielsweise bei der gezielten Reprogrammierung von Zellen. So wird das bisherige Bild eines sich gegenseitig stark regulierenden Pluripotenz Kern-Netzwerks der Faktoren Nanog, Oct4, und Sox2 widerlegt. Diesen Aspekt wollen die Wissenschaftler künftig weiter untersuchen.

Publikation

Filipczyk et al. Network plasticity of pluripotency transcription factors in embryonic stem cells, Nature Cell Biology, 2015, 10.1038/ncb3237  DOI: 10.1038/ncb3237

Kontakt

Prof. Dr. Fabian J. Theis
Technische Universität München
Lehrstuhl für Mathematische Modelle biologischer Systeme
Boltzmannstr. 3, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 18386E-Mail

Helmholtz-Zentrum München
Institut für Computational Biology
Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg, Germany
Tel.: +49 89 3187 2211
E-Mail - Internet

Corporate Communications Center

Technische Universität München Susanne Eichacker (HMGU), Dr. Andreas Battenberg (TUM)
battenberg(at)zv.tum.de

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