Reprogrammieren ist nicht gleich Reprogrammieren

Aus mit Oct4 erzeugten Stammzellen kann kein kompletter Organismus entstehen

11. August 2013

Körperzellen lassen sich auch nachdem sie sich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert haben wieder zu ‚Alleskönnerzellen’ umprogrammieren: Vier Faktoren reichen aus, damit eine spezialisierte Körperzelle wieder alle Zelltypen hervorbringen kann (Pluripotenz). Einer davon ist Oct4. Jetzt haben Wissenschaftler um Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster gezeigt, dass Oct4 nicht erforderlich ist, damit eine Eizelle sich zu einem kompletten Organismus entwickeln kann (Totipotenz). Die Reprogrammierung zur Pluripotenz durch Faktoren wie Oct4 und die Reprogrammierung durch eine Eizelle durch Befruchtung oder Klonen unterscheiden sich also wesentlich voneinander.

Links: normaler Mausembryo, Mitte: Mausembryo ohne das mütterliche Oct4, rechts: Mausembryo, dem das Oct4-Protein gänzlich fehlt. Trotz des Fehlens von Oct4 werden Zellen des Embryonalknotens gebildet (grün markiert durch Färbung des Proteins Nanog; rot: Zellen des Trophoblasten). In diesem Stadium ist noch ein Embryonalknoten vorhanden, allerdings ist er nicht mehr intakt.

Wissenschaftler haben Oct4 schon lange eine wichtige Rolle in der frühsten embryonalen Entwicklung zugeschrieben. Immerhin ist das Protein schon in der Eizelle vorhanden. Um den Einfluss von Oct4 im Übergang von Totipotenz zu Pluripotenz zu untersuchen, mussten die Max-Planck-Forscher Oct4 in der Eizelle ausschalten. Hierzu züchteten sie eine Mauslinie, der das Protein Oct4 nur in den Eizellen fehlt. „Entgegen der langgehegten Annahme, dass Oct4 wichtig für die ersten Entwicklungsschritte ist, waren die Mäuse ebenso fruchtbar wie die mit Oct4“, so Guangming Wu, Erstautor der Studie. „Die Fähigkeit, die befruchtete Eizelle zur Totipotenz zu aktivieren, wie es bei der normalen Befruchtung geschieht, war also nicht beeinträchtigt“, so Wu weiter.

Außerdem wurde lange vermutet, dass in Zellen des frühen Embryos die Balance zwischen dem Protein Oct4 und seinem Gegenspieler, dem Protein Cdx2, deren Schicksal bestimmt. Durch Oct4 sollten sie demzufolge zu Zellen des Embryonalknotens werden, aus dem später der Fötus entsteht. Cdx2 würde sie sie in Zellen des Trophoblasten verwandeln, einem späteren Bestandteil der Plazenta. Folglich müsste ohne Oct4 eine leere Trophoblastenhülle entstehen. Tatsächlich bildete sich trotz des Fehlens von Oct4 ein Embryo mit einem Embryonalknoten. Allerdings verloren die Zellen recht schnell ihre Pluripotenz. Wu erklärt: „Es muss also andere Faktoren geben, die das Schicksal der Zellen im frühen Embryo bestimmen. Welche Faktoren für das Klonen und die Pluripotenz im Embryo entscheidend sind, wird Gegenstand zukünftiger Forschung sein.“

2009 hatten Hans Schöler und sein Team gezeigt, dass sie nur mit Oct4 bestimmte Körperzellen in Stammzellen zurück verwandeln können. Forscher hoffen, dass sie mit diesen induzierten pluripotenten Stammzellen Krankheiten besser untersuchen können, ohne dabei menschliche Embryonen zur Stammzellgewinnung zu benötigen. „Unsere Studie zeigt, dass das Klonen unabhängig von Oct4 zur Totipotenz führt, wohingegen das Reprogrammieren zur Pluripotenz durch Oct4 überhaupt erst ermöglicht wird“, erläutert Hans Schöler. „Beide Arten des Reprogrammierens unterscheiden sich also grundsätzlich. Dies ist eine auch wichtige Erkenntnis in Hinblick auf das Embryonenschutzgesetz. Denn wären es dieselben Mechanismen, könnten unter den mit Oct4 gewonnen induzierten pluripotenten Stammzellen auch totipotente Zellen sein. Diese würden dann möglicherweise unter das Embryonenschutzgesetz fallen.“

JMK/HR

Zur Redakteursansicht