Totipotente Stammzellen und Keimbahn in Platyhelminthen

Ein totipotentes Stammzellsystem ist von den Platyhelminthen und den Acoelomorpha bekannt. Pluri- oder totipotente Stammzellen (Neoblasten) proliferieren während der gesamten Lebensspanne der Tiere und bilden die Grundlage für die außergewöhnlichen Regenerationsleistungen. Es ist allerdings nichts über den embryonalen Ursprung dieses Stammzellsystems bekannt. In den meisten Tieren und beim Menschen werden Keimzellen sehr früh in der Embryonalentwicklung angelegt. Aus diesen Keimzellen entwickelt ein neuer Organismus und eine neue Generation ist entstanden. In bisherigen Untersuchungen zur Frühentwicklung bei Platyhelminthen wurde jedoch keine Bildung von Keimbahn-Zellen während der Embryogenese gefunden. Wir charakterisieren 15 Stammzell- und Keimbahnspezifische Gene des basalen freilebenen Platyhelminthen Macrostomum lignano und der acolen Art Convoluta pulchra. Teilsequenzen von neuen Genen sind uns durch PCR/RACE Experimente, durch Sequenzierung von Genbanken (8010 ESTs von Macrostomum und 9393 ESTs von Convoluta) sowie aus einer Subtraktions-Bank von Macrostomum bekannt. Wir werden die Expression der Gene und der entsprechenden Proteine mit In Situ Hybridisierung und Antikörper- Färbungen untersuchen. Vorläufige Ergebnisse mit dem Keimbahn-Markergen vasa zeigen eine spezifische Expression in den Gonaden. Spezifische Antikörper gegen Macrostomum VASA und dem Proliferations-Marker MCM werden in den nächsten Monaten verfügbar sein. Die Herstellung weiterer Antikörper ist geplant. Die Funktionen der selektierten Gene werden mit RNA Interferenz während der embryonalen und postembryonalen Entwicklung und während der Regeneration untersucht. Die morphologische und funktionelle Analyse der hochkonservierten Stammzell- und Keimbahngene wird zu einem besseren Verständnis über den evolutionären Ursprung von Stammzellsystemen und der Keimbahnentwicklung beitragen. Aufgrund des hohen Konservierungsgrad der involvierten Gene sind die Resultate auch für höhere Organismen und dem Menschen von Bedeutung.

Wenn sich Stammzellen teilen können sie Stammzellen bleiben oder sich in andere Zelltypen differenzieren. Die Frage wie Stammzellen ihren Stammzell-Status erhalten und wie bestimmt wird in welche Zelltypen sie sich differenzieren ist von zentralem biomedizinischem Interesse. Plattwürmer haben sich als hervorragende Modellorganismen erwiesen um Stammzellen zu untersuchen. Sie besitzen totipotente Stammzellen - Neoblasten genannt, die sich in alle Zelltypen einschließlich der Keimzellen entwickeln können. Diese Stammzellen sind für die Erneuerung des Gewebes adulter Tiere verantwortlich und ermöglichen die enorme Regenerationsfähigkeit von Plattwürmern. Ein winziges Gewebestück reicht aus um ein vollständiges Tier zu regenerieren. Wir haben zwei Modelltiere etabliert - Macrostomum lignano und Isodiametra pulchra um spezifische Fragen zur Stammzellbiologie, Keimbahnentwicklung, Reproduktion, Alternsforschung und Evolution zu untersuchen. Wir haben die Expression und Funktion zahlreicher Gene analysiert die Stammzellen und Keimbahn in Plattwürmern regulieren. Weiters haben wir eine Methode etabliert um Stammzellen in den beiden Modelltieren spezifisch zu eliminieren. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei die Regulation von Stammzellen bei Plattwürmern und höheren Organismen einschließlich des Menschen besser zu verstehen. Defekte in den entsprechenden humanen Stammzell-Genen führen zu Krebs oder Sterilität wenn Keimbahnzellen betroffen sind. Unsere Ergebnisse können auch dazu beitragen Medikamente gegen parasitische Würmer zu entwickeln. Die Gruppe der Plattwürmer beinhaltet unter anderem auch Schistosoma mansoni - dem Erreger der Bilharziose - oder andere parasitische Bandwurmarten. Darüber hinaus sind unsere Resultate für das Verständnis des Ursprungs höherer Organismen wichtig. Eine der untersuchten Plattwurmarten - Isodiametra pulchra - nimmt eine zentrale Stellung in der Evolution der Tiere ein und ist wahrscheinlich der Groß-Großvater aller höheren Organismen auf der Erde.