ArchivDeutsches Ärzteblatt41/2012Nobelpreis würdigt Stammzellforschung: Wie man die Uhr zurückdreht

MEDIZINREPORT

Nobelpreis würdigt Stammzellforschung: Wie man die Uhr zurückdreht

Dtsch Arztebl 2012; 109(41): A-2038 / B-1660 / C-1630

Zylka-Menhorn, Vera; Siegmund-Schultze, Nicola

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Der Japaner Shinya Yamanaka und der Brite John Gurdon haben entdeckt, wie man reife Zellen zu pluripotenten Stammzellen reprogrammieren kann. Damit verbindet man die Hoffnung auf eine Stammzellforschung ohne Embryonen.

Noch bis vor wenigen Jahren schien die Sache ein klarer Fall zu sein: Sobald ein Mensch geboren ist, gibt es für den Organismus kein Zurück. Ob Haut- oder Haar-, Fett- oder Blutzelle – keine spezialisierte Zelle des Körpers, so glaubte man, kann je wieder etwas anderes werden, als sie ist. Doch dieses Dogma ist im Jahr 2006 gefallen (Cell 2006; 126: 663–76).

Damals hat das Team des Japaners Shinya Yamanaka (geboren 1962) von der Universität Kyoto gezeigt, dass sich ausgereifte Körperzellen durchaus in ähnliche „Alleskönner“ verwandeln lassen, wie es embryonale Stammzellen sind. Wie diese verfügten auch die umprogrammierten Zellen über die faszinierende Fähigkeit der Pluripotenz: Sie können sich in mehr als 200 Zelltypen des Körpers verwandeln. Yamanaka war es gelungen, vier Gene mit Hilfe eines Retrovirus in Hautzellen von Mäusen zu bringen, um inaktive Bereiche des Erbguts zu aktivieren. Auf diese Weise wurden die Mäusehautzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) umgewandelt. Wenig später war Yamanaka dieses Experiment auch mit menschlichen Hautzellen geglückt.

Stammzellforschung ohne ethisches Konfliktpotenzial

Die Nachrichten gingen damals um die ganze Welt, denn es handelte sich nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht um eine Sensation. Man verbindet mit dem Verfahren die Hoffnung auf eine Stammzellforschung ohne Embryonen und ohne ethisches Konfliktpotenzial. Viele Forscher auf der ganzen Welt arbeiten inzwischen daran, dass sich aus den iPS-Zellen eines Tages Ersatzgewebe oder -organe schaffen lassen, die vom Empfänger nicht abgestoßen werden, weil sie aus ihrem eigenen Körper stammen. In den vergangenen Jahren wurden die sehr entwicklungsfähigen iPS-Zellen tatsächlich bereits in viele andere Zelltypen gewandelt.

Yamanaka aber vertrat als Erster die Hypothese, dass jene zellulären Faktoren, die den embryonalen Stammzellen Pluripotenz verleihen, die gleichen Faktoren sein müssten, mit denen man Körperzellen in Stammzellen zurückverwandeln könnte. Zunächst versuchte er über Datenbanken zu analysieren, welche zellulären Faktoren maßgeblich für die Pluripotenz sind. Eigentlich kamen dafür Hunderte von Genen und deren Produkte infrage, aber schließlich konzentrierte er sich auf 24. Jedes dieser Gene hat Yamanaka dann einzeln in Mäusefibroblasten eingeführt – Pluripotenz war damit jedoch nicht induzierbar.

Nahm er aber alle 24 Gene und transfizierte damit Fibroblasten, wurde in der Tat Pluripotenz induziert. „Mit Kreativität, Intelligenz und unbeschreiblichem Fleiß“ wie es in der Laudatio für den 2008 verliehenen Robert-Koch-Preis hieß, hat Yamanaka nachgewiesen, dass lediglich vier Faktoren (Sox2, C-Myc, Oct4 und Klf4) ausreichen, um aus einem Mäusefibroblasten eine unsterbliche, pluripotente Stammzelle zu machen.

Die Anfänge dieses wissenschaftlichen Durchbruchs lagen allerdings bereits Jahrzehnte zurück: Sir John Bertrand Gurdon (geboren 1933) von der Universität Cambridge hatte vor allem an Froscheiern geforscht. Es war ihm gelungen, den Zellkern von verschiedenen Zellen mit verschiedenen Reifestadien zu transplantieren. Aus diesen Zellen wuchsen normale, geschlechtsreife Tiere heran. Er konnte dadurch zeigen, dass sich das Erbgut eines Individuums während der Entwicklung nicht grundlegend ändert. Vielmehr gebe es im Zytoplasma Faktoren, die das Ablesen von Genen steuerten (Journal of Embryology and Experimental Morphology 1962; 10: 622–40).

„Die Würdigung kommt zur rechten Zeit“

Auch in Deutschland arbeiten Wissenschaftler auf dem Gebiet der heute ausgezeichneten Forscher, wie zum Beispiel Prof. Dr. med. Gustav Steinhoff, Herzchirurg an der Medizinischen Fakultät der Universität Rostock. „Diese Würdigung der Stammzellforschung kommt zur rechten Zeit“, erklärte Steinhoff gegenüber dem Deutschen Ärzteblatt. Es herrsche Aufbruchstimmung, und die Hoffnungen ruhten vor allem in der Anwendung bei Geweben mit geringem Regenerationspotenzial wie Hirn- und Herzmuskelgewebe. „Nur etwa ein halbes Prozent der Kardiomyozyten zum Beispiel wird pro Jahr nachgebildet“, erläuterte Steinhoff.

Eine grundsätzliche Strategie für eine stammzellbasierte Therapie von Myokarderkrankungen könne daher die Forschungsergebnisse von Yamanaka nutzen: ausdifferenzierte Zellen, zum Beispiel aus der Haut des Patienten, durch Gentransfer in pluripotente Stammzellen umzuwandeln, also zu reprogrammieren, und sie danach, ebenfalls in vitro, zur Differenzierung in den neuen Zelltyp einer Herzmuskelzelle „nach vorne“ zu programmieren, sagte Steinhoff. Weitere Anwendungsgebiete lägen bei den degenerativen Erkrankungen des Gehirns wie Morbus Alzheimer, akute Hirntraumata, Schlaganfall und Querschnittsyndrom.

Dr. med. Vera Zylka-Menhorn,

Dr. rer. nat Nicola Siegmund-Schultze

Der Nobelpreis in Physiologie und Medizin 2012

John B. Gurdon
John B. Gurdon

John B. Gurdon entfernte den Nukleus einer Eizelle vom Frosch (1) und ersetzte ihn durch den Kern einer ausdifferenzierten Zelle einer Kaulquappe (2). Die modifizierte Eizelle entwickelte sich zur normalen Kaulquappe (3). In weiteren Experimenten mit Nukleustansfer entstanden geklonte Säugetiere (4).


Shinya Yamanaka
Shinya Yamanaka

Shinya Yamanaka hat Gene erforscht, die für die Funktion einer Stammzelle wichtig sind. Durch einen Transfer von vier solchen für die Stammzellfunktion relevanten Gene (1) in Hautzellen der Maus (2) verwandelten sich diese in pluripotente Zellen zurück (3). Die reprogrammierten Zellen wiederum konnten sich in alle Zelltypen adulter Tiere differenzieren. Die reprogrammierten Zellen nannte Yamanaka „induzierte pluripotente Stammzellen“ (iPS).


iPS lassen sich inzwischen auch aus Humangewebe erzeugen. Aus solchen iPS humanen Ursprungs lassen sich Nerven-, Herz- und Leberzellen gewinnen, was auch die Erforschung von Pathogenitätsmechanismen ermöglicht.

© 2012 The Nobel Committee for Physiology or Medicine
The Nobel Prize® and the Nobel Prize® medal design mark are registered trademarks of the Nobel Foundation Illustration und Layout: Mattias Karlén

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