Identifizierung genetischer und epigenetischer Prozesse, die zur Entstehung und Etablierung von Mesoderm-Vorläuferzellen aus humanen pluripotenten Stammzellen führen

• Antragsteller: Professor Micha Drukker, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279807181

Während der humanen embryonalen Entwicklung können sich pluripotente Zellen, die potentiell jeden Zelltyp des menschlichen Körpers bilden können, in Vorläuferzellen mit einem eingeschränkteren Entwicklungspotential entwickeln. Am ersten Punkt dieser Entwicklung, an dem es kein Zurück mehr gibt, formen sie Vorläuferzellen, die hiermit clade progenitors (CP) genannt werden. Diese können nur mehr zur Entwicklung von gewissen Organen, Geweben oder Zelllinien führen. Folglich führt die Differenzierung von CPs zu Vorläuferzellen, die einen höheren Grad der Spezialisierung aufweisen.Die Verwendung von humanen pluripotenten Stammzellen (PSC) ermöglicht die gezielte Differenzierung dieser Zellen in spezifische Zelltypen, wie etwa Kardiomyozyten oder Neuronen. Durch dieses Entwicklungspotential sind die Erwartungen an PSC in der regenerativen Medizin sehr hoch. In den letzten Jahren wurden einige in vitro Differenzierungsversuche von humanen und Maus-PSC veröffentlicht, die das immense Differenzierungrepertoire dieser Zellen aufgezeigt haben. Üblicherweise setzen Wissenschaftler diese PSC verschiedenen Differenzierungskonditionen aus, die entweder empirisch oder von natürlichen Signaltransduktionswegen relevanter Organe in Modelorganismen abgeleitet sind. Wir und andere konnten PSC erfolgreich in Mesoderm-Vorläuferzellen differenzieren, diese danach aufreinigen und weiter in Kardiomyozyten differenzieren. Trotz dieser Erfolge mussten wir und andere feststellen, dass die Effizienz und der Ausgang dieser Differenzierungsprotokolle sehr unterschiedlich sind. Unserer Meinung nach ist dies ein Anhaltspunkt darauf, dass die genauen Mechanismen, die dieser Differenzierung zugrunde liegen, noch lange nicht verstanden sind. Die Effizienz, mit der humane PSCs spezifische Zelltypen hervorbringen, hängt stark von unserer Fähigkeit ab, diese in eine erste Differenzierungsroute zu lenken und damit spezifische CPs zu erzeugen. Ein Beispiel dafür ist die Differenzierung von humanen PSCs in Mesoderm-CPs, die folglich Zellen mit Herzeigenschaften produzieren können. Dieser Antrag befasst sich mit der Frage, welche Typen von CPs aus PSC erzeugt werden können und welche Mechanismen dieser Entwicklung zugrunde liegen. Das spezifische Ziel dieses Antrages ist es, Gen-Kaskaden zu identifizieren, die an der Entstehung und der Festlegung von humanen Mesoderm-CP beteiligt sind. Um die Mechanismen zu identifizieren, die die Genexpression und somit auch die Identität einer Zelle steuern, werden wir eine Kombination aus genetischen und epigenetischen Ansätzen verwenden. Die folgenden zwei Faktoren machen unsere Ansätze, diese Fragen der CP-Entwicklung zu verstehen, einzigartig: Zum Einen unsere Fähigkeit, sehr frühe Entwicklungsvorläuferzellen aus PSC mit Hilfe von spezifischen Oberflächenantigenen aufzureinigen. Des Weiteren liegt unser Fokus auf der Charakterisierung der anfänglichen Änderungen des Transkriptoms, die nach Zugabe von Differenzierungsfaktoren erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen