Mechanismen der Endomesodermalen Zellidentitätsentscheidung

Man kann sich die Entwicklung von höheren eukaryotischen Organismen als ein reguliertes, schrittweises Durchlaufen von Zellidentitäts-Entscheidungen vorstellen. Dies verläuft unidirektional, sowie, mit der Ausnahme von pathologischen Ereignissen, unumkehrbar ab. Die Innere Zellmasse sowie embryonale Stammzellen können in alle embryonalen Zelltypen ausdifferenzieren; diese Eigenschaft nennt man Pluripotenz. Obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte im Verständnis von Pluripotenz erzielt wurden, bleiben die genauen molekularen Mechanismen und deren Wirkungsweise in der Regulation von Differenzierung und Zellidentitäts-Entscheidungen unbekannt. Ein Verständnis für diese Prozesse ist die Grundlage für die effiziente Nutzung von embryonalen Stammzellen in der regenerativen Medizin. Das Ziel dieser Studie ist, die molekularen und genetischen Mechanismen zu beleuchten, die für die Differenzierung von pluripotenten Stammzellen in Zellen mit endodermaler Identität verantwortlich sind; Endoderm ist eines der drei Keimblätter und Ursprung von Geweben wie z.B. Leber und Bauchspeicheldrüse. Wir haben dazu eine neuartige genetische Screening-Plattform etabliert, die auf klonalen 3D Differenzierungssystemen basiert. Mit diesem System können wir 3D Aggregate nach bestimmten Reportergen basierten Fluoreszenzmustern, die die Zellidentität widerspiegeln, sortieren. Unsere Arbeit wird einerseits zu einem besseren Verständnis der Mechanismen, welche für die Erhaltung und die Etablierung von Zellidentität verantwortlich sind führen. Wir werden weiters die Konservierung zentraler Mechanismen in Maus Modellen evaluieren.

Mechanismen der Entscheidung von Zellidentitäten während der frühen Entwicklung Die Entwicklung eines Organismus beginnt mit einer kleinen Zahl von Zellen, aus denen später alle Gewebe und Organe entstehen. Damit dies gelingt, müssen Zellen im Laufe der Entwicklung zahlreiche Entscheidungen treffen und sich auf bestimmte Aufgaben spezialisieren. Wie diese Entscheidungen auf molekularer Ebene gesteuert werden, gehört zu den zentralen Fragen der modernen Biologie. Im Rahmen dieses Projekts wurden die Mechanismen untersucht, die bestimmen, wie pluripotente Stammzellen bestimmte Zellidentitäten annehmen. Pluripotente Stammzellen besitzen die besondere Fähigkeit, sich in nahezu jeden Zelltyp des Körpers zu entwickeln. Ein besseres Verständnis der Prozesse, die diese Entwicklung steuern, ist eine wichtige Voraussetzung für zukünftige Anwendungen in der regenerativen Medizin. Ein Schwerpunkt des Projekts lag auf der Entstehung von endodermalen Zellen. Das Endoderm ist eines der drei grundlegenden Keimblätter des Embryos und bildet später wichtige Organe wie Leber, Bauchspeicheldrüse, Lunge und Teile des Verdauungssystems. Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, wurde eine neuartige genetische Screening-Plattform entwickelt. Diese basiert auf zwei- und dreidimensionalen Zellkulturen, die frühe Entwicklungsschritte im Labor nachbilden. Mithilfe spezieller fluoreszierender Marker konnten Zellverbände nach ihrer Identität sortiert und analysiert werden. Die entwickelte Plattform ermöglicht es erstmals, genetische Faktoren systematisch zu identifizieren, die an der Entscheidung zwischen unterschiedlichen Zellschicksalen beteiligt sind. Dadurch konnten neue Einblicke in die Netzwerke gewonnen werden, die die Entstehung und Stabilisierung von Zellidentitäten steuern. Die Ergebnisse des Projekts leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der frühen Entwicklung von Säugetieren. Gleichzeitig stellen die neu entwickelten Methoden wertvolle Werkzeuge für die Stammzellforschung dar. Langfristig können diese Erkenntnisse dazu beitragen, die gezielte Herstellung spezialisierter Zelltypen für die Erforschung von Krankheiten sowie für zukünftige regenerative Therapien zu verbessern.