Charakterisierung ruhender Darmstammzellen mit einem neuartigen Optical Stem Cell Activity Reporter (OSCAR)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Alterung ist mit einem Rückgang der Gewebeerhaltung verbunden, wobei adulte Stammzellen eine Schlüsselrolle bei der Reparatur und Regeneration spielen. Da die Funktion der Stammzellen mit dem Alter nachlässt, könnte dies zu altersbedingten Problemen beitragen. Die meisten adulten Stammzellen bleiben im Ruhezustand, um sich vor Schäden zu schützen, aber der genaue Prozess hinter diesem Ruhezustand ist unklar. Im Laufe der Zeit akkumulieren diese ruhenden Zellen genetische, epigenetische und metabolische Schäden, die zu Organfehlfunktionen und Krankheiten führen. Epigenetische Veränderungen in Stammzellen sind ein vielversprechendes Ziel für die Therapie, sind aber noch nicht vollständig verstanden. Frühere Studien haben gezeigt, dass ruhende Stammzellen eine geringe mRNA-Transkription aufweisen, die durch eine inaktive RNA-Polymerase II gekennzeichnet ist. Wir haben einen Fluoreszenzreporter, OSCAR, entwickelt, um die Aktivität der RNA-Polymerase II in lebenden Zellen zu verfolgen. Damit haben wir eine transgene Mauslinie geschaffen, die schlafende Stammzellen im Darm und in anderen Geweben aufzeigt. Wir wollten junge und alte OSCAR-Mäuse verwenden, um zu untersuchen, wie sich das Altern auf die Ruhephase adulter Stammzellen auswirkt. Wir isolierten OSCARhigh-Zellen, die ruhende Stammzellen markieren, aus dem Dünndarm, einer gut etablierten Stammzellnische. Durch die Charakterisierung dieser Zellen mit Hilfe von RNA-Seq und In-vitro-Tests konnten wir feststellen, ob die Alterung zu einer Verarmung der ruhenden Stammzellen führt, und die Signalwege und Faktoren identifizieren, die an einer gesunden Stammzellalterung beteiligt sind. Wir fanden heraus, dass die Alterung zu einer Verringerung der ruhenden Stammzellen führt und diese aufgrund des Verlusts der Homöostase des Proteinabbaus weniger in der Lage sind, das Darmgewebe zu regenerieren. Dieses innovative Instrument bot eine einzigartige Gelegenheit, unsere Hypothese der Aktivierung und Erschöpfung ruhender Stammzellen im alternden Darm zu testen. Das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen der Stammzellalterung ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung von Therapien oder präventiven Strategien zur Bekämpfung von altersbedingten Funktionsstörungen und Krankheiten wie Krebs, Verlust der Darmbarriere und verminderter Regenerationsfähigkeit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Establishment of a fluorescent reporter of RNA-polymerase II activity to identify dormant cells. Nature Communications, 12(1).
Freter, Rasmus; Falletta, Paola; Omrani, Omid; Rasa, Mahdi; Herbert, Katharine; Annunziata, Francesco; Minetti, Alberto; Krepelova, Anna; Adam, Lisa; Käppel, Sandra; Rüdiger, Tina; Wang, Zhao-Qi; Goding, Colin R. & Neri, Francesco
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Polyamines sustain epithelial regeneration in aged intestines by modulating protein homeostasis. Nature Cell Biology, 27(12), 2063-2077.
Minetti, Alberto; Omrani, Omid; Brenner, Christiane; Cansiz, Feyza; Imada, Shinya; Rösler, Jonas; Khawaled, Saleh; Allies, Gabriele; Meckelmann, Sven W.; Gebert, Nadja; Heinze, Ivonne; Rahnis, Norman; Lu, Jing; Spengler, Katrin; Rasa, Mahdi; Cirri, Emilio; Heller, Regine; Yilmaz, Ömer; Tasdogan, Alpaslan ... & Ori, Alessandro
