Bild zeigt Zellkolonien, Differenzierung in den ersten Keimschichten. Grün ist Cdx2 (Trophoblastenmarker), Rot ist BRY (Mesendodermmarker) und Blau ist Sox2 (Ektodermmarker). Die obere Reihe war nicht dem Differenzierungshinweis ausgesetzt, die mittlere Reihe war für kurze Zeit ausgesetzt und die untere Reihe war länger ausgesetzt. Das Bild zeigt, dass eine kurze Belichtung mit dem Differenzierungsmerkmal ausreicht, um die gleiche Musterung wie nach vollständiger Belichtung zu erzielen. Bildnachweis: Das Francis Crick Institute

Der Punkt, an dem sich humane embryonale Stammzellen irreversibel zur Spezialisierung verpflichten, wurde von Forschern des Francis Crick Institute identifiziert.

Unsere biologische Geschichte lässt sich auf eine kleine Gruppe von Zellen zurückführen, die als embryonale Stammzellen bezeichnet werden und durch Zellteilung Zellen hervorbringen, die sich darauf spezialisiert haben, eine bestimmte Rolle im Körper zu spielen – ein Prozess, der als Differenzierung bekannt ist.

Das Verständnis, wann und wie sich embryonale Stammzellen spezialisieren, liefert Einblicke in die gesunde Differenzierung und wie sich Zellen daran erinnern, um welchen Zelltyp es sich handelt. Dieser Prozess kann bei Krebs schief gehen, wenn Zellen ihre Identität „vergessen“ und sich in den falschen Typ verwandeln.

Im Rahmen der Forschung veröffentlicht in ZellstammzelleCrick-Wissenschaftler fanden heraus, dass sich embryonale Stammzellen unerwartet früh differenzieren und sich irreversibel dazu verpflichten, jeder der mehr als 200 Zelltypen im Körper zu werden.

Sie zeigten, dass dies darauf zurückzuführen war, dass eine neu identifizierte kleine Gruppe von Genen aktiviert wurde, die sie als „Gene mit frühem Engagement“ bezeichneten.

„In Zusammenarbeit mit Stammzellen und mathematischen Modellen haben wir eine neue Klasse von Genen identifiziert, die für die Regulierung eines der frühesten Stadien der menschlichen Entwicklung verantwortlich sind“, sagt Silvia Santos, Autorin und Gruppenleiterin im Labor für quantitative Zellbiologie am Crick .

„Sobald diese Gene aktiviert sind, ist es eine Frage von Minuten, bis sich die Zellen vollständig zur Differenzierung verpflichten. Die Geschwindigkeit ist unglaublich überraschend, insbesondere wenn man bedenkt, wie die ersten Anzeichen einer Differenzierung, dh der Embryo, der die ersten embryonalen Keimschichten entwickelt, auftreten ungefähr drei Tage. Diese Schichten führen letztendlich Wochen später zu allen Geweben des wachsenden Fötus. „

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Die Forscher konzentrierten sich auf ein frühes Commitment-Gen namens GATA3. Als dieses Gen im Labor experimentell aktiviert wurde, verpflichteten sich embryonale Stammzellen schnell zur Differenzierung. Andererseits war dieser Prozess, als dieses Gen gelöscht wurde, träge und nicht ganz richtig.

„GATA3 ist entscheidend für die gesunde und zeitnahe Differenzierung von Stammzellen. Sobald es eingeschaltet ist, löst dieses Gen eine positive Rückkopplungsschleife aus, die es dabei unterstützt, aktiv zu bleiben. Dies stellt wiederum sicher, dass die Zellen differenziert bleiben und nicht zurückkehren.“ ein Stammzellzustand „, sagt Alexandra Gunne-Braden, Co-Hauptautorin und Postdoc im Labor für quantitative Zellbiologie am Crick.

Diese Forschung verwendete Stammzellen aus Embryonen, die von IVF-Patienten gespendet wurden. Die gespendeten Embryonen wurden im Rahmen ihrer Fruchtbarkeitsbehandlung nicht benötigt und wären sonst zerstört worden.

„Wenn sich embryonale Stammzellen zur Spezialisierung verpflichten, ist dies eine grundlegende und bislang unbeantwortete Frage“, fährt Silvia Santos fort.

„Es ist wichtig, dass wir mehr darüber verstehen, da die gesunde Funktion von Zellen durch den Prozess untermauert wird, wie Zellen während des Differenzierungsprozesses ihre Identität erwerben und sich daran erinnern. Dieser wertvolle Einblick in die frühe menschliche Entwicklung könnte neue Wege für die Erforschung von Krankheiten eröffnen das passiert, wenn dieser Prozess schief geht. „