Stammzelldifferenzierung

Regulation neuraler Differenzierungsprozesse von multi- und pluripotenten Stammzellen durch mikroRNA-Protein-Netzwerke

MikroRNAs (miRNAs) spielen als posttranskriptionelle Regulatoren eine große Rolle bei komplexen biologischen Prozessen, u.a. während der neuralen Differenzierung, welche von komplexen, molekularen Netzwerken präzise gesteuert wird. Die Differenzierung von Stammzellen ist als Modellsysteme zur Analyse solcher Netzwerke etabliert. Eine Stammzellsubpopulation des humanem Nabelschnurrestbluts (sogenannte unrestricted somatic stem cells, USSC) lässt sich in vitro durch Zugabe verschiedener Wachstums- und Differenzierungsfaktoren neuronal differenzieren (Greschat et al., 2008), was jedoch nicht zur vollen Ausreifung der Zellen in funktionelle Neurone führt. Pluripotente Stammzellen, die durch Reprogrammierung gewonnen werden können (induced pluripotent stem cells, iPSC), weisen hingegen ein Potential zur vollständig funktionellen neuronalen Differenzierung auf. Wir nutzen die unterschiedlichen Differenzierungsweisen von USSC und iPSC, um mehr über die durch miRNAs gesteuerten Differenzierungsprozesse zu erfahren. Die limitierte neurale Differenzierung von USSC ist wahrscheinlich auf fehlregulierte molekulare Kontrollpunkte und somit unvollständige funktionale Netzwerke molekularer Faktoren zurückzuführen, welche durch Vergleich mit der vollständigen neuralen Differenzierung von iPSC als solche aufgeklärt werden können. Nach Identifizierung interagierender Faktoren vermag die gezielte experimentelle Manipulation der neuralen Differenzierung die generelle Signatur derartiger molekularer Kontrollpunkte offenzulegen.

In einem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten Kooperationsprojekt von Prof. Hans Werner Müller (Neurologie, HHU Düsseldorf) und Dr. Hans-Ingo Trompeter (ITZ, HHU Düsseldorf) untersucht das Molecular Proteomics Laboratory das Proteom verschiedener Differenzierungsstadien beider Stammzellpopulationen, um einen Einblick in die molekularen Signaturen während der neuronalen Differenzierung zu erhalten. Zudem erlauben Untersuchungen des Transkriptoms tiefe Einblicke in die Rolle von miRNAs in Differenzierungs-regulatorischen Netzwerken, die zum einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der neuronalen Entwicklung liefern, zum anderen aber auch Ausgangspunkt für weitere Analysen in anderen System darstellen.