Ein Auge für Stammzellen

Foto: Retina des Medaka-Fisches

Durch Einzelzelltransplantation aus
vier verschiedenen genetisch
markierten Fischlinien (oben)
wurde eine Retina mit mehreren,
verschieden markierten ArCoS
erzeugt;© Universität Heidelberg

Stammzellen helfen dem Körper, zu wachsen oder defekte Bereiche zu regenerieren. Diese universelle Antwort auf unterschiedliche Probleme im erwachsenen Organismus, selbst im Gehirn, wird derzeit weltweit intensiv erforscht. Eine Schlüsselfrage blieb dabei bislang offen: Handelt es sich bei der „Einsatztruppe“ der Stammzellen um eine Gruppe von Spezialisten oder um individuelle Universalisten? In anderen Worten: Wird für jeden zu reparierenden Zelltyp ein spezieller Typ von Stammzellen benötigt oder kann eine einzige Stammzelle Nachkommen generieren, die in ihrer jeweiligen Umgebung alle Probleme beseitigen?

Um diese Frage beantworten zu können, haben die Heidelberger Wissenschaftler eine permanente genetische Zellmarkierung mit Einzelzelltransplantationen am Modellorganismus des Medaka-Fisches kombiniert. So konnte die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Professor Joachim Wittbrodt einzelne Stammzellen in der Netzhaut, der Retina, und damit auch alle ihre Nachkommen in einem kompletten Stammbaum markieren. Auf diese Weise war es möglich, das Verhalten von Stammzellen in ihrer „natürlichen“ Umgebung zu studieren, der wachsenden Fisch-Retina. Die Untersuchungsergebnisse belegen, dass die retinalen Stammzellen multipotent sind und aus ihnen sämtliche in der Retina vorkommenden Zelltypen hervorgehen.

Dies zeigt sich experimentell in der Ausbildung von sogenannten Arched Continuos Stripes (ArCoS). Dabei handelt es sich um Streifen, die die Retina durchziehen, alle Zelltypen umfassen und jeweils von einer Stammzelle ausgehen. „Interessanterweise sind damit verschiedene Zelltypen innerhalb eines ArCoS näher miteinander verwandt als benachbarte Zellen eines Zelltyps”, sagt Doktor Lázaro Centanin.

Die Forschungsergebnisse legen dabei nahe, dass das Wachstum durch die Kontrolle der Stammzellvermehrung reguliert wird, während die Differenzierung in verschiedene Zelltypen als intrinsisches Programm abläuft. „Das ist so, als ob ein Haus von einem universellen Handwerker aufgebaut wird, der mauert, verputzt, installiert und auch das Dach deckt, und zwar alles gleichzeitig, weil der Handwerker in der Lage ist, sich zu teilen“, sagt Wittbrodt.

Die Wissenschaftler konnten darüber hinaus aufzeigen, dass im selben Organ – der Retina des Fisches – neben den multipotenten retinalen Stammzellen eine zweite Klasse von Stammzellen existiert. Dies sind die Stammzellen der Pigmentschicht. Nach Angaben von Wittbrodt korreliert das Wachstumsverhalten dieser Zellen mit dem der retinalen Stammzellen, die Pigmentstammzellen haben jedoch nur ein begrenztes Potential und bringen lediglich einen Zelltyp hervor.

MEDICA.de; Quelle: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg