Stammzellen in Turbellarien

Stammzellen (Neoblastsen) in Platyhelminthen besitzen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und der Differenzierung in alle Zelltypen. Damit eignen sie sich ganz besonders als Modell zur Untersuchung von Mechanismen der Stammzell-Differnzierung. In diesem Projekt charakterisieren wir das Stammzell System von Macrostomum mit molekularbiologischen, ultrastrukturellen und cytologischen Methoden. In vorangegangenen Untersuchungen wurde Bromdeoxyuridin zur Markierung von S-phase Neoblasten verwendet um deren Verteilung, Wanderung und Differenzierung zu verfolgen. In diesem Projekt werdern wir das Stammzellsystem von Macrostomum weiterführend charakterisieren durch (1) Bestimmung des Differenzierungs- Potentials von Neoblasten mit Mikroinjektion, (2) der Isolierung von Neoblasten spezifischen Genen und deren Nachweis mit in situ Hybridisierung sowie dem Ausschalten dieser Genen mit RNAi Technik und (3) der Untersuchung von speziellen wiederauffindbaren Neoblasten mit immuncytochemischen- und Injektionsmethoden. Macrostomum ist durch mehrere Eigenschaften für solche Versuche besonders geeignet: (1) BrdU-Markierung ist sehr einfach durchzuführen; (2) Die Größe der Tiere (1mm) erlaubt Untersuchungen am Ganztier und (3) es können einzelne fluoreszenzmarkierte Neoblasten im lebenden Tier während der Differenzierung verfolgt werden. Zusätzlich untersuchen wir zum Vergleich eine Planarienart, da der Großteil der bekannten Daten von dieser Tiergruppe stammt. Für Injektionsexperimente wurden jedoch nur grob gereinigte Neoblasten Fraktionen verwendet. In diesem Projekt werden wir die Neoblasten für die Injektion mit ultrastrukturellen und histologischen Methoden genau charakterisieren. Die Resultate werden zu einem besseren Verständnis von Stammzellsystemen in Platyhelminthen und höheren Organismen einschließlich des Menschen beitragen.

In diesem Forschungsprojekt wurde das Stammzellsystem von frei lebenden Platyhelminthen (Strudelwürmern) untersucht. Die Stammzellen dieser Tiere - auch Neoblasten genannt - zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich in alle Zelltypen einschließlich der Keimbahnzellen differenzieren können (Totipotenz). Diese einzigartige Fähigkeit ist sonst nur von embryonalen Stammzellen bekannt, bei den in diesem Projekt untersuchten Tierarten (Macrostomum lignano, Convoluta - jetzt Isodiametra - pulchra, Convolutriloba longifissura, Dugesia tahitiensis, Schmidtea polychroa) sind totipotente Stammzellen auch in adulten Tieren vorhanden. Damit eignen sich diese Tiere - insbesondere Macrostomum lignano - als Modellorganismen zur Charakterisierung von Stammzellen während Entwicklung, Wachstum und Regeneration. Analysen zur Teilung, Wanderung und Differenzierung von Stammzellen wurden durchgeführt und diese Zellen histologisch und ultrastrukturell charakterisiert. Macrostomum lignano wurde als neue Tierart beschrieben, eine detaillierte Darstellung der Embryonalentwicklung wurde publiziert. Mit der Herstellung von verschiedenen Genbanken, der Sequenzierung tausender Gene und der Adaptierung wichtiger molekularer Techniken wurden die molekularen Grundlagen für weitere Forschungsarbeiten mit Macrostomum lignano und Isodiametra pulchra gelegt. Aufgrund der zentralen Stellung dieser Tiere in der Evolution wurden in den letzten Jahren zahlreiche Forschungsarbeiten dieser Tiergruppe gewidmet. Es konnte jedoch bisher noch keine Klarheit über die evolutionären Zusammenhänge gewonnen werden. Die Daten der Sequenzierungen werden für stammesgeschichtliche Analysen verwendet und werden einen entscheidenden Beitrag zur Lösung dieser Fragestellung liefern. Macrostomum lignano eignet sich besonders zur Untersuchung evolutionärer Fragestellungen zur Reproduktionsbiologie. Die Größe (1 mm), Transparenz, die Lebensweise als Zwitter und methodische Gesichtspunkte erlaubten die Untersuchung und Veröffentlichung verschiedener Aspekte der Fortpflanzungsstrategien dieser Tiere. Für die oben genannten Forschungsarbeiten wurden bestehende Kooperationen intensiviert (Dr. Lukas Schärer, derzeit Univ. Innsbruck, Prof. Volker Hartenstein, UCLA, USA; Prof. Seth Tyler, University of Maine, USA) und neue Kooperationen etabliert (Prof. Kiyokazu Agata, RIKEN, Kobe, Japan; Dr. Tom Artois, University Diepenbeek, Belgium).