Die Umprogrammierung von Stammzellen
Pluripotenten Stammzellen können sich unbegrenzt teilen und in alle somatischen Zellen des Körpers differenzieren. Die Entdeckung der direkte Umprogrammierung von Zellen und Zell Umprogrammierung und induzierten pluripotenten Stammzellen-Technologie (iPS) haben nicht-virale Transposon-basierte Gentransfersystme ermöglicht. Jedoch sind die für eine Umprogrammierung notwendigen Gene permanent in das Genom der Wirtszellen integriert. Dadurch werden eventuell Funktionen endogener Gene gestört oder die Entwicklung von Krebs ermöglicht. Das von der EU geförderte Projekt "Comparative stem cell research in mouse and humans" (INDUSTEM) testete eine neuartige Umgrogrammierungsmethode, die auf dem Transposon "Dornröschen" basiert. Dornröschen ist ein Hilfsmittel für genetische Manipulationen in Säugerzellen durch DNA-Elemente, die mittels Expression von Transposasen in das und aus dem Genom "springen" können. Die Umprogrammierung induzierter pluripotenter Stammzellen konnte durch Transposition von Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc (OSKM) sowie die Expressionskassetten OSKM + Lin28 (OSKML) erzielt werden, die von der hyperaktive Transposase SB100X mobilisiert wurden. Embryonale Maus-Fibroblasten, humane Vorhaut und fötale Fibroblasten dienten als Quelle für die Umprogrammierung. Die Effizienz der iPS-Zellgewinnung mit dem Dornröschen-Transposon-System lag im Bereich derer, die auch mit retroviralen Vektoren erzielt wurde. Die Co-Expression des miRNA302/367 Clusters zusammen mit OSKM verbesserte die Umprogrammierungseffizienz deutlich und beschleunigte die Kinetik der Umprogrammierung. Die iPS-Zellen zeigten einen stabilen Karyotyp, die Expression der Stammzellmarker und die Fähigkeit, in Embryoidkörpern in vitro zu differenzieren. Die Forschungsarbeiten demonstrierten den Rekombinase-vermittelten Kassettenaustausch, bei dem die gleichzeitige Entfernung der umprogrammierten Kassette und die gezielte Aktivierung einer relevanten Expressionskassette im Transposon-markierten Locus in iPS-Zellen von Mäusen möglich ist. Diese Strategie würde die Korrektur eines genetischen Defekts durch die ortsspezifische Einfügung eines therapeutischen Genskonstrukts an sicheren Stellen autologer, von Patienten stammender iPS-Zellen ermöglichen. Die Projektergebnisse wurden in mehreren Publikationen vorgestellt. Effiziente Differenzierungsprotokolle für die Herstellung von Herzmuskelzellen wurden im Rahmen von INDUSTEM verfeinert und verbessert. Besonders wichtig ist hierbei, dass sie jetzt auf Tierprodukt-freien Kulturreagenzien basieren – eine Voraussetzung für zukünftige klinische Anwendungen.
