Die Kartierung der Chromatinlandschaft zeigt Determinanten der Plazenta-Stammzellidentität

RIKEN-Biologen haben Schlüsselmerkmale der chromosomalen Landschaft kartiert, die die Identität von Stammzellen festhalten, aus denen die Maus-Plazenta entsteht. Dies könnte die Erforschung der Plazentafunktion und der Reproduktionsmedizin unterstützen.

Die Plazenta ist in vielerlei Hinsicht ein einzigartiges Organ. Es kommt nur in Säugetieren vor, bildet sich nur während der Schwangerschaft und wird entsorgt, nachdem es seinen Zweck erfüllt hat. Diese Besonderheit lässt sich auf die Stammzellen zurückführen, aus denen sie sich entwickelt. Bekannt als Trophoblast-Stammzellen (TSCs), weisen sie ganz andere Eigenschaften auf als diejenigen, die den Embryo bilden.

Tatsächlich sind TSCs einer der wenigen Zelltypen, die nicht für den Kerntransfer somatischer Zellen verwendet werden können – ein Standardverfahren zur Generierung von Klonen durch Implantation des Kerns einer Spenderzelle in eine Oozyte, deren eigener Kern entfernt wurde.

„Ich interessiere mich schon lange für den Prozess, der zu TSCs führt“, sagt Atsuo Ogura vom RIKEN BioResource Research Center. „Sie weichen bereits wenige Tage nach der Befruchtung von embryonalen Abstammungszellen ab, entwickeln sich selbstständig und beenden ihre Rolle bei der Geburt.“

Chromosomale DNA ist um Komplexe von Histonproteinen gewickelt und bildet Material, das als Chromatin bekannt ist. Die Organisation und die chemischen Eigenschaften dieses Chromatins können die Genexpression tiefgreifend beeinflussen. Ogura und Kollegen machten sich daher daran, zu untersuchen, ob die Merkmale des TSC-Chromatins zu der unverwechselbaren Identität dieser Zellen und ihrer Inkompatibilität mit dem somatischen Zellkerntransfer beitragen könnten.

Die Forscher führten eine vergleichende Analyse von Chromatin in embryonalen Stammzellen und TSCs von Mäusen durch. Sie untersuchten die Verteilung von Chromatinstrukturen sowie die Muster der Histonmethylierung, einer chemischen Modifikation mit besonders wichtigem Einfluss auf die lokale Transkriptionsaktivität.

Interessanterweise stellte das Team fest, dass die Chromosomen sowohl früher embryonaler als auch trophoblastischer Vorläufer anfänglich mit Heterochromatin, einer dicht gepackten Form von Chromatin, angereichert sind und ein charakteristisches Methylierungsprofil aufweisen.

Aber während TSCs diese Eigenschaften beibehalten, stellt Ogura fest, dass „embryonale Abstammungszellen diese Regionen nach der Implantation neu programmieren, um eine vielfältige Differenzierung zu ermöglichen“.

Sein Team bestätigte auch, dass in TSCs beobachtete Chromatinmuster das Klonen direkt beeinträchtigen.

Als die Forscher TSCs jedoch einer genetischen Manipulation unterzogen, die ihr Histon-Methylierungsprofil veränderte, erwiesen sich die Kerne dieser Zellen plötzlich als zugänglich für somatischen Zellkerntransfer. Diese Ergebnisse, veröffentlicht in Gene & Entwicklungbestätigen somit die Bedeutung dieser chromosomalen Modifikationen als Determinante der TSC-Identität.

Sowohl in der Forschung als auch in der Reproduktionsmedizin besteht großes Interesse an der Entwicklung besserer Strategien zur Kultivierung von TSCs. Durch ein besseres Verständnis der Merkmale, die diese Zellen während der natürlichen Embryonalentwicklung definieren, erwartet Ogura die Möglichkeit, im Labor gezüchtete TSCs zu erzeugen, die sich nahtlos in funktionelles Plazentagewebe integrieren können.