Wissenschaftler aus Princeton beschreiben die Genetik von Blutstammzellen

Wissenschaftler aus Princeton beschreiben die Genetik von Blutstammzellen
Wissenschaftler aus Princeton beschreiben die Genetik von Blutstammzellen
Anonim

Princeton-Wissenschaftler haben die Molekulargenetik hinter einem großen Mysterium der Biologie aufgeklärt: Wie sich Blutzellen selbst erneuern. Die Ergebnisse – eine Datenbank mit mehr als 2.000 Genen – geben Biologen ihr erstes umfassendes Bild der Funktionsweise von Blutstammzellen, dem Hauptbestandteil des Knochenmarks, aus dem alle zellulären Bestandteile des Blutes hervorgehen, von roten und weißen Blutkörperchen bis hin zu Blutplättchen.

Die in der Science-Ausgabe vom 2. Juni veröffentlichten Daten bieten Biologen ein leistungsfähiges Werkzeug zum Verständnis von Blutkrankheiten wie Leukämien und auch dazu, wie Blutstammzellen besser therapeutisch bei Transplantationen und eventuellen Gentherapie-Szenarien eingesetzt werden können.Die Forschung kann auch Einblicke in andere Arten von Stammzellen im ganzen Körper geben, wie z. B. diejenigen, die für die Produktion von Haut, Darmzellen und Lebergewebe verantwortlich sind.

Biologen sind seit vielen Jahren von Stammzellen fasziniert, insbesondere denen des Blutes, hatten jedoch relativ wenig Fortschritte bei der Kartierung der molekularen Wechselwirkungen gemacht, die den Zellen ihre einzigartigen Eigenschaften verleihen. Das allgemeine Markenzeichen aller Stammzellen ist ihr Balanceakt zwischen der Aufrechterh altung ihrer eigenen Anzahl und der Erzeugung von Nachkommen, die zu den vielen Arten reifer spezialisierter Zellen verschiedener Gewebe und Organe werden.

"Von jedem Stammzellsystem von Säugetieren ist sehr wenig darüber bekannt, wie die zugrunde liegende Molekularbiologie es diesen Zellen ermöglicht, Entscheidungen über ihr Schicksal zu treffen", sagte Ihor Lemischka, Professor für Molekularbiologie und leitender Autor der Veröffentlichung.

Lemischka und Kollegen in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Pennsylvania unter der Leitung von G.Christian Overton, erstellte eine „Bibliothek“von Genfragmenten aus Blutstammzellen von Mäusen. Sie erstellten auch eine Genbibliothek aus einer Probe reifer Blutzellen, denen Stammzellen entzogen worden waren. Anschließend „subtrahierten“sie die beiden Bibliotheken und entfernten die Mehrheit der häufig exprimierten „Haush alts“-Gene, während sie diejenigen anreicherten, die bevorzugt in den unreifen Stammzellen exprimiert werden. Durch die Analyse der DNA-Sequenzen in der „subtrahierten“Bibliothek mit ausgeklügelten Computertechniken und den Vergleich mit den Sequenzen vieler anderer Gene und Proteine ​​haben die Forscher bisher mehr als 2.000 Gene identifiziert, die wahrscheinlich in Stammzellen aktiv sind.

Der Ansatz ist weitaus umfassender als frühere Techniken, bei denen typischerweise ein Tier mit einer Stammzellerkrankung gefunden und nach der Genmutation gesucht wird, die diese verursacht, oder die sich auf eine kleine Anzahl von Genen konzentriert, die zuvor in anderen Systemen identifiziert wurden."Traditionell war es ein weitgehend zufälliger Prozess - niemand hatte wirklich die Frage gestellt: Können wir alles, was da ist, auf einmal sehen? Noch waren die richtigen Tools verfügbar ", sagte Lemischka.

Dieser Big-Picture-Ansatz könnte eine Menge kritischer Fragen beantworten, sagt Lemischka. Was verhindert zum Beispiel, dass der Vermehrungsprozess wie beim Blutkrebs Leukämie aus dem Ruder läuft, oder wie werden lebenslang täglich die richtigen Anteile an reifen Blutkörperchen produziert?

Die Forschung liefert nicht nur eine Fülle neuer genetischer Informationen, sondern zeigt auch einen innovativen Ansatz zum Sammeln, Analysieren und Präsentieren der Daten. Der Artikel in Science wird von einer Website begleitet, der Stem Cell Database, die Zugriff auf die Gendatenbank bietet und viele Aspekte der Stammzellbiologie umreißt. (http://stemcell.princeton.edu) Die Datenbank ist hauptsächlich durch die Arbeit des Postdoktoranden Robert Phillips umfassend kommentiert und enthält Vergleiche mit Informationen aus anderen wichtigen Quellen.

Phillip Sharp, Professor für Biologie am MIT, stellte fest, dass die Datenbank einen einzigartigen Beitrag zur Literatur darstellt. "Sie mussten eine fast völlig neue Veröffentlichungsmethode entwickeln, die es ihnen ermöglichte, die Essenz der Arbeit zu kommunizieren und die Details anderen zugänglich zu machen", bemerkte Sharp. "Das ist ziemlich bemerkenswert."

Die Forscher planen schließlich, eine identische Datenbank für Beiträge anderer Wissenschaftler zu öffnen. „Wir hoffen, dass die Datenbank zu einer wichtigen und sich ständig weiterentwickelnden Ressource für die gesamte Gemeinschaft der Stammzellforschung wird und dass sie die Arten von groß angelegten und laborübergreifenden Interaktionen erleichtert, die notwendig sind, um komplexe biologische Fragen zu beantworten“, sagt Lemischka. Darüber hinaus „während das Genomprojekt und andere Datenbanken wachsen und sich ihrer Fertigstellung nähern, wird die Integration neuer Daten in die bestehende Stammzelldatenbank ihre Leistungsfähigkeit und Nützlichkeit für Biologen erhöhen“, sagt Phillips.

Das Projekt stellt auch ein konstruktives Modell für Interaktionen zwischen dem privaten Biotechnologiesektor und der akademischen Welt dar. „Während die Finanzierung für den groß angelegten Erwerb von Gensequenzen von ImClone Systems Incorporated, einem New Yorker Biotechnologieunternehmen, bereitgestellt wurde, waren wir uns alle von Anfang an einig, dass sowohl die eigentlichen Sequenzdaten als auch die vollständigen Ergebnisse der bioinformatischen Analysen und Annotation frei verfügbar sein, so soll es sein“, sagt Lemischka.

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