Forscher der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) haben herausgefunden, wie die Umgebung von Stammzellen ihre Differenzierung in funktionelle Zellen steuert – ein entscheidender Durchbruch für die zukünftige Verwendung von Stammzellen zur Behandlung verschiedener menschlicher Krankheiten.
Stammzellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung der normalen Entwicklung und der Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase bei Erwachsenen. Ihre einzigartige Fähigkeit, sich in spezialisierte Zellen zu replizieren und zu differenzieren, ist vielversprechend für die Behandlung von Krankheiten wie der Parkinson-Krankheit, der Alzheimer-Krankheit und Typ-I-Diabetes, indem beschädigte oder erkrankte Zellen durch gesunde ersetzt werden.
Trotz ihres potenziellen therapeutischen Nutzens besteht eine der größten Herausforderungen für Zelltherapien darin, Stammzellen effizient in funktionelle Zellen zu differenzieren, um beschädigte Zellen in degenerativem Gewebe zu ersetzen. Diese Aufgabe ist aufgrund des begrenzten Verständnisses des zugrunde liegenden molekularen Mechanismus, durch den die Gewebe um die Stammzellen, die so genannte Stammzellnische, die Differenzierung der Stammzellnachkommen in ordnungsgemäß funktionierende Zelltypen anleiten, besonders schwierig.
Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Prof. Xie Ting, Leiter und Lehrstuhlinhaber der Abteilung für Biowissenschaften der HKUST, zum ersten Mal entdeckt, dass die Nische Gap Junctions (Proteinkanäle, die Stammzellnachkommen und die Nische verbinden) zum Transport ihres cAMP nutzt in Stammzellnachkommen, um deren Differenzierung zu steuern. cAMP ist einer der wichtigsten sekundären Botenstoffe in der Zelle, um viele Zellfunktionen, einschließlich der Stammzelldifferenzierung, zu regulieren.
Prof. Xie, der auch Professor für Naturwissenschaften bei Kerry Holdings ist, nutzte den Eierstock von Drosophila als experimentelles Modell, um zu untersuchen, wie zwei Nischen die Selbsterneuerung bzw. Differenzierung von Stammzellen steuern.
Das Wissen über Nischenregulationsmechanismen kann dabei helfen, Stammzellen bei der Differenzierung in geeignete Zelltypen für die Transplantation in degeneratives menschliches Gewebe zu unterstützen. Es könnte auch dazu beitragen, die Nische für die Unterstützung transplantierter Stammzellen und deren Differenzierung in funktionelle Zellen wiederherzustellen, da degenerative Erkrankungen häufig Nischen für Stammzellen und Stammzellnachkommen zerstören.
Prof. Xie sagte: „Die Ergebnisse erweitern die Grenzen des Wissens in der Stammzellbiologie und der regenerativen Medizin und legen den Grundstein für die zukünftige Anwendung von Stammzellen bei der Behandlung eines breiten Spektrums menschlicher Krankheiten. Wir planen, künftig Nischen für die Differenzierung zu erkunden.“ Denn auch menschliche Stammzellen nutzen das Gap-Junction-transportierte cAMP, um die Differenzierung in funktionsfähige Zellen für die Stammzelltherapie zu steuern und versuchen, andere Gap-Junction-transportierte Moleküle aus der Nische aufzuspüren.“
Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Forschern der HKUST und dem Stowers Institute of Medical Research. Es wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht, Tagungsband der National Academy of Sciences (PNAS).
Mehr Informationen:
Renjun Tu et al., Gap Junction-transportiertes cAMP aus der Nische steuert die Differenzierung der Stammzellnachkommen, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2304168120