Asymmetrische Zellteilung als Parameter für Selbsterneuerung hämatopoetischer Stammzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Selbsterneuerung und Differenzierung der hämatopoetischen Progenitorzellen (HPC) werden durch Umgebungsfaktoren der sogenannten "Stammzellnische" reguliert. Als Modellsystem hierfür dienen Stromazellen, die den Erhalt von HPC unter in vitro Bedingungen gewährleisten. Wir haben gezeigt, dass direkter Zell-Zell Kontakt mit Stromazellen dabei eine fundamentale Rolle spielt. Als Stromazellen eignen sich besonders humane mesenchymale Stromazellen (MSC), die wir im Detail mittels Proteomik und Genomik charakterisiert haben. Außerdem haben wir belegt, dass die primitiven hämatopoietischen Stammzellen aufgrund ihrer langsameren Teilungskinetik weiter angereichtert werden können. Insbesondere diese langsam teilende Zellfraktion ist stark polarisiert und bildet viele Podien, durch welche die HPC mit Stromazellen interagieren. Wir konnten ein gerichtetes migratorisches Verhalten von HPC zu supportiven Stromazellen nachweisen. Weiterhin haben wir untersucht, welchen Einfluss die Kokultur auf die Genexpression von HPC hat. Diese Versuche haben belegt, dass nach der Interaktion mit Stromazellen Reorganisation des Zytoskelettes, Regulation der Zellteilung und der Erhalt von genetischer Stabilität sowie von Methylierungsmustern die wichtigsten Reaktionen darstellen. Im Rahmen dieses Projektes wurde auch ein neuer Adhäsionsassay entwickelt, der auf Schwerkraft beruht und sehr reproduzierbare Quantifizierungen von adhärenten und nicht-adhärenten HPC .ermöglicht. Insbesondere die primitiven HPC Fraktionen haften verstärkt an den Stromazellen. Außerdem war die Interaktion von HPC mit MSC aus dem Knochenmark und Nabelschnurblut wesentlich höher als an MSC aus dem Fettgewebe. Vergleichende Genexpressionsanalysen sowohl seitens der HPC als auch seitens der MSC belegten, dass verschiedene Adhäsionsproteine an dieser spezifischen Interaktion beteiligt sind (insbesondere Cadherin-11, CXCR4, SDF-1a, ITGA1, ITGAV, ITGB1, VCAM1, N-cadherin, CX43). In Fortführung unserer bisherigen Arbeiten sollen die spezifischen Mechanismen weiter aufgeklärt werden, durch die das hämatopoetische Microenvironment die Migration, Zell-Adhäsion und asymmetrische Zellteilung reguliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Wagner W, Ansorge A, Wirkner U, Eckstein V, Schwager C, Blake J, Miesala K, Selig J, Saffrich R, Ansorge W, Ho AD. Molecular evidence for stem cell function of the slow dividing fraction among human hematopoietic progenitor cells by genome wide analysis. Blood. 2004; 104: 675-686
- Wagner W, Laufs S*, Blake J, Schwager C, Wu X, Zeller J. W., Ho A. D., Fruehauf S. Retroviral Integration Sites Correlate with Over-Expressed Genes in Hematopoietic Stem Cells. Stem Cells; 2005;23:1060-1068.
- Wagner W, Mahlknecht U. Stem cells and ageing. EMBO reports. 2005; 6:35-38.
- Wagner W, Saffrich R, Wirkner U, Eckstein V, Blake J, Ansorge A, Schwager C, Miesala K, Ansorge W, Ho AD. Hematopoietic Progenitor Cells and their Niche - Initial Behavioral and Genetic Alterations leading to Asymmetric Division. STEM CELLS. 2005; 23:1180-1191
- Wagner W, Wein F, Seckinger A, Frankhauser M, Wirkner U, Krause U, Blake J, Schwager C, Eckstein V, Ansorge W, and Ho AD. Comparative Characteristics of Mesenchymal Stem Cells from Human Bone Marrow, Adipose Tissue and Umbilical Cord Blood. Exp. Hematol. 2005; 33:1402-1416
- Fruehauf S, Seeger T, Maier P, Li L, Weinhardt S, Laufs S, Wagner W, Eckstein V, Bridger G, Calandra G, Wenz F, Zeller WJ, Goldschmidt H, Ho AD. The CXCR4 antagonist AMD3100 releases a subset of G-CSF-primed peripheral blood progenitor cells with specific gene expression characteristics. Exp, Hematol. 2006; 34:1052-9.
- Giebel B, Zhang T, Beckmann J, Spanholtz J, Wernet P, Ho AD, Runzel M. Primitive human hematopoietic cells give rise to differentially specified daughter cells upon their initial cell division. Blood, 2006; 107:2146-52
- Gottschling S, Saffrich R, Seckinger A, Krause U, Morsch K, Miesala K, Ho AD. Human mesenchymal stem cells regulate initial self-renewing divisions of hematopoietic stem cells by betalintegrin dependent mechanism. Stem Cells, 2006,3,798-806
- Wagner W, Feldmann Jr. RE*, Seckinger A, Maurer MH, Wein F, Blake J, Krause U, Kalenka A, Bürgers HF, Saffrich R, Wuchter P, Kuschinsky W, and Ho AD. The Heterogeneity of Human Mesenchymal Stem Cell Preparations - Evidence from Simultaneous Analysis of Proteomes and Transcriptomes; Exp. Hematol. 2006; 34, 536-548.
- Faber A, Roderburg C, Wein F, Saffrich R, Seckinger A, Morsch K, Diehlmann A, Wong D; Bridger G, Eckstein V; Ho AD, Wagner W. The many facets of SDF-1a, CXCR4 agonists and antagonists on hematopoietic progenitor cells. J Biomed Biotechnol, 2007; 3, 26065-26074.
- Gottschling S, Eckstein V, Saffrich R, Jonäs A, Uhrig M, Krause U, Seckinger A, Miesala K, Horsch K, Straub BK, Ho AD. Primitive and committed human hematopoietic progenitor cells interact with primary murine neural cells and are induced to undergo self-renewing cell divisions. Exp Hematol, 2007,12,1858-1871
- Wagner W, Roderburg C, Wein F, Diehlmann A, Frankhauser M, Schubert R, Eckstein V, Ho AD. Molecular and secretory profiles of human mesenchymal stromal cells and their abilities to maintain "sternness" of hematopoietic progenitors. Stem cells, 2007,10, 2638-2647
- Wagner W, Wein F, Roderburg C, Saffrich R, Faber A, Krause U, Schubert M, Benes V, Eckstein V, Maul H, Ho AD. Adhesion of hematopoietic progenitor cells to human mesenchymal stromal cells as a model for cell-cell interaction. Exp. Hematol., 2007; 35,314-35.
- Wagner W. The beauty of asymmetry - asymmetric divisions and self-renewal in the hematopoietic system. Current Opinion in Hematology, 2007;14:330-336
- Wuchter P, Boda-Heggemann J, Sträub BK, Grund C, Kuhn C, Krause U, Seckinger A, Peitsch WK, Spring H, Ho AD, Franke WW. Processus and recessus adhäerentes: giant adherens cell junction systems connect and attract human mesenchymal stem cells. Cell Tissue Reseach, 2007, 3, 499-514
