SCORPION: Stem Cells, Tissues, Organoids – Dissecting Regulators of Potency and Pattern Formation

Das SCORPION-Kooperationsprogramm ermöglichte Doktoranden-Forschungsprojekte in verschiedenen Bereichen der Stammzellbiologie, die Einsichten in das Wachstum und die Regeneration von Geweben erlaubte. Dazu kamen verschiedene Modellsysteme zur Anwendung: Die Labore von Bücker und Leeb legten einen Schwerpunkt auf frühe Stammzellen in Säugern und ihren Übergang aus einem pluripotenten Zustand in die ersten Schritte der Differenzierung. Das Bücker-Labor identifizierte spezifische Marker, die entscheidend dafür sind, wann und wie sich Zellen auf einen bestimmten Entwicklungspfad festlegen. Darauf aufbauend machte das Leeb-Team Fortschritte beim Verständnis der genetischen Grundlagen, wie Stammzellen diese Entscheidungen treffen, und identifizierte mehrere Gene, die bei der Steuerung der Differenzierung eine Schlüsselrolle spielen. Durch funktionale Manipulation dieser erhielt das Team Einblick in die umfassenderen Mechanismen, die die frühe Festlegung der Abstammungslinie in embryonalen Stammzellen steuern. Bei den wirbellosen Modellen konzentrierte sich das Team von Technau auf die Seeanemone Nematostella vectensis. Das Team untersuchte den Selbstorganisationsprozess und die Regeneration in sogenannten Gastruloiden - Gewebe, das einen frühen Entwicklungsschritt in der Embryonalentwicklung der Seeanemonen abbildet. Dabei stand der Notch-Signal-Weg im Mittelpunkt. Raibles Forschung am Meeresborstenwurm Platynereis dumerilii zeigte, wie die Stammzellen, die dem postlarvalen Wachstum zugrunde liegen, wieder neu gebildet werden können, wenn sie experimentell entfernt werden. Das Team fand heraus, dass differenzierte Zellen in einen eher stammzellähnlichen Zustand zurückkehren, an dem auch das myc-Gen beteiligt ist. In einer weiteren Arbeit mit dem mexikanischen Salamander, dem Axolotl, verfolgte die Tanaka-Gruppe einzelne Zellen in den sich regenerierenden Gliedmaßen. Auch in diesem System kehren die Zellen in einen eher stammzellähnlichen Zustand zurück. Die Team von Urbn untersuchte, wie adulte neuronale Stammzellen durch Ernährung und Stoffwechsel beeinflusst werden. Anhand von Mausmodellen entdeckten das Team, dass bestimmte Stoffwechselbedingungen, wie sie beispielsweise durch Kalorienrestriktion oder fettreiche Ernährung hervorgerufen werden, die Aktivierung dieser Stammzellen entweder fördern oder hemmen können. Eine wichtige Innovation in der Organoid-Forschung kam aus Knoblichs Labor, wo das Team anspruchsvollere Modelle des menschlichen Gehirns entwickelte, indem es biotechnisch hergestellte Gerüste verwendete, die die Entwicklung von zerebralen Organoiden - kleinen, dreidimensionalen Modellen von Hirngewebe - unterstützen, so dass sie die Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns genauer nachahmen. Gemeinsam mit der Mendjan-Gruppe untersuchten sie, wie sich verschiedene Arten von Fettgewebe und die dazugehörigen Blutgefäße gemeinsam entwickeln. Durch Ko-Kultivierung menschlicher Stammzellen zu Fett- und Gefäßzellen modellierten sie, wie diese Gewebe während der Entwicklung interagieren. Schließlich zeigte Koos Forschung, wie wichtig die Vielfalt der Stammzellen für die Erhaltung der Magenschleimhaut ist, und identifizierte zwei unterschiedliche Populationen von Stammzellen, die sich in verschiedenen Teilen des Magens befinden. Beide Zelltypen tragen zwar zur normalen Aufrechterhaltung des Gewebes bei, reagieren aber unterschiedlich auf Verletzungen, was zeigt, wie der Körper Gewebereparatur und Homöostase ausbalanciert.