The role of the endosomal compartment in human hematopoietic stem and progenitor cell fate specification
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des geförderten Projektes sollte die Bedeutung des endosomalen Kompartiments bei der Zellschicksalsspezifizierung hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) untersucht werden. Die in diesem Projekt durchgeführten Arbeiten ließen uns neue Verwandtschaftsgrade zwischen hämatopoetischen Progenitoren ermitteln, nach denen Neutrophile und ihre Vorläufer nicht dem myeloischen sondern dem lymphatischen Zweig der Hämatopoese angehören. Entsprechend konnten wir ein neues Modell der Hämatopoese veröffentlichen. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass das endosomale Protein Numb als Zellschicksalsdeterminante in der humanen Hämatopoese fungiert. Wenn seine Effekte augenscheinlich auch antagonistisch zu denen des aktivierten Notch-Signalwegs erscheinen, zeigen unsere Ergebnisse eindeutig, dass Numb in der frühen Hämatopoese kein direkter Inhibitor von Notch ist. Bezüglich der Rab-GTPasen zeigte es sich, dass besonders die Expression der konstitutiv aktiven Form von Rab5 sowohl die Organisation des endosomalen Kompartiments in mesenchymalen Stammzellen als auch in HSPCs beeinträchtig. Weitere deutliche Effekte auf die Zellbiologie, insbesondere auf die Zellpolarität und Migration konnten nicht ermittelt werden. Die Expression der dominant negativen Varianten von Rab5 reduzierte die Bildungsrate von Makrophagen und von Zellen mit erythro-myeloischem Potential. Die Makrophagenbildung war ebenfalls nach Expression von dominant negativem Rab21 reduziert. Die Expression von dominant negativem Rab7 führte zur verstärkten Bildung von erythrozytären Zellen und die von wildtypischen Rab5 zur der von Megakaryozyten und erytho-myeloischen Zellen. Im Gegensatz zu den Rab-GTPasen verhinderten Endozytoseinhibitoren die Etablierung und Aufrechterhaltung des nach Kultivierung von HSPCs typischerweise auftretenden Migrationsphänotyps. Zusammengefasst deuten diese Daten darauf hin, dass endozytotische Prozesse eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung hämatopoetischer Zellen und der Etablierung bzw. dem Erhalt der Zellpolarität spielen, diese Prozesse aber sehr gut gegenüber genetischen Störungen, wie sie nach Expression der verschiedenen Rab- GTPasen auftreten, gepuffert sind. Nach Überexpression der Tetraspanine konnten keine nennenswerten Effekte auf die Entwicklung von HSPCs gefunden werden. Die für Lebendbeobachtungen von asymmetrischen Zellteilungen angedachten Tetraspanin-eGFP Fusionsproteine stellten sich jedoch als gut geeignete Werkzeuge heraus, um Exosomen zu markieren. Über diese fanden wir einen Einstieg in das sich schnell entwickelnde Feld der Exosomenforschung. Für die Beobachtungen asymmetrischer Zellteilungen wurden die Fusionsproteine selber nicht berücksichtig, da wir zwischenzeitlich einen neuen anti-CD133 Antikörper zur Verfügung gestellt bekommen haben, mit dem sich asymmetrische Zellteilungen an lebenden HSPCs beobachten lassen, ohne deren Biologie erkennbar zu beeinflussen. Alles in Allem ist das Projekt aus unserer Sicht sehr erfolgreich verlaufen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2010). Self-Renewal of Primitive Hematopoietic Cells: A Focus on Asymmetric Cell Division. in "Umbilical Cord Blood: A Future for Regenerative Medicine?" edited by Suzanne Kadereit and Gerald Udolph Publisher: World Scientific Publishing Company, Incorporated, 51- 75
Görgens, A., and Giebel, B.
- (2011) Characterisation of exosomes derived from human cells by nanoparticle tracking analysis and scanning electron microscopy. Colloids Surf B Biointerfaces 87, 146-150
Sokolova, V., Ludwig, A.K., Hornung, S., Rotan, O., Horn, P.A., Epple, M., and Giebel, B.
- (2012). Exosomes: small vesicles participating in intercellular communication. The international journal of biochemistry & cell biology 44, 11-15
Ludwig, A.K., and Giebel, B.
- (2012). Lipid raft redistribution and morphological cell polarization are separable processes providing a basis for hematopoietic stem and progenitor cell migration. The international journal of biochemistry & cell biology 44, 1121-1132
Görgens, A., Beckmann, J., Ludwig, A.K., Möllmann, M., Dürig, J., Horn, P.A., Rajendran, L., and Giebel, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.biocel.2012.03.020) - (2012). Notch signaling: numb makes the difference. Curr Biol 22, R133-135.
Giebel, B., and Wodarz, A.
- (2013). Revision of the human hematopoietic tree: granulocyte subtypes derive from distinct hematopoietic lineages. Cell Reports 3, 1539-1552
Görgens, A., Radtke, S., Möllmann, M., Cross, M., Dürig, J., Horn, P.A., and Giebel, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.celrep.2013.04.025)
