CHICAGO / LONDON (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler von VectorBuilder haben grundlegende Mechanismen der Zellentwicklung aufgedeckt, die das Potenzial haben, die Biologie grundlegend zu verändern. Die Entdeckung könnte eines Tages sogar mit einem Nobelpreis gewürdigt werden.
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Die Frage, wie aus einer einzigen befruchteten Eizelle die Vielzahl unterschiedlicher Zelltypen entsteht, ist eine der grundlegendsten in der Biologie. Forscher unter der Leitung von Dr. Bruce Lahn bei VectorBuilder haben nun Mechanismen entdeckt, die diesen Prozess steuern. Ihre Arbeit könnte eines Tages mit einem Nobelpreis ausgezeichnet werden. Die neue Technik, Potency-Seq genannt, misst die Transkriptionskraft eines Gens und zeigt, ob ein inaktives Gen noch aktiviert werden kann oder ob es diese Fähigkeit verloren hat.
Während der Differenzierung von Stammzellen in spezialisierte Zelltypen verliert das Genom stetig an Transkriptionskraft. Eine wachsende Zahl von Genen wird dauerhaft blockiert oder “okkludiert”, wie Lahn es nennt. Dieser Prozess, den das Team als “Occlusis” bezeichnet, schränkt das Entwicklungspotenzial der Zellen ein. Die grundlegendste Definition eines Zelltyps ist demnach nicht das Expressionsmuster, sondern welche Gene transkriptionell potent oder okkludiert sind.
Die Entdeckung der Occlusis löst ein lange ungelöstes Rätsel der Entwicklungsbiologie. Stammzellen haben die Flexibilität, sich in spezialisierte Zellen zu differenzieren, während spezialisierte Zellen diese Fähigkeit verlieren. Dies liegt daran, dass Stammzellen mehr transkriptionell potente Gene besitzen. Verschiedene Arten differenzierter Zellen weisen unterschiedliche Sätze transkriptionell potenter Gene auf.
Die Studie zeigt auch, dass naive pluripotente Stammzellen im frühen Embryonalstadium die Okklusion aufheben können, was ihnen die Fähigkeit verleiht, sich in jeden Zelltyp zu entwickeln. Ein Schlüsselgen in diesem Reset-Vorgang ist Esrrb, das als Deokklusionsfaktor fungiert. Die Expression von Esrrb wird deaktiviert, sobald die Differenzierung beginnt, was den allmählichen Verlust der Transkriptionskraft festschreibt.
Überraschenderweise kann die Okklusion durch einen einfachen Mechanismus erfolgen: Gene werden dauerhaft stillgelegt, indem sie in Nukleosomen eingebettet werden. Dies deutet darauf hin, dass die Okklusion ein grundlegendes Merkmal der DNA-Organisation ist. In späteren Stadien der Stammzellentwicklung, wenn die Fähigkeit zur Deokklusion verloren geht, werden “Platzhalter”-Faktoren wie Sox2 verwendet, um die transkriptionelle Potenz zu erhalten.
Dr. Lahn plant die Gründung einer Stiftung zur Erforschung der Occlusis und ihrer Bedeutung für die Gesundheit. Diese Entdeckung bietet Einblicke, wie mehrzellige Organismen ihre Zelltypen aufbauen und könnte zu einem besseren Verständnis von Alterung und Krankheiten wie Krebs führen.
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Neue Erkenntnisse zur Zellentwicklung: VectorBuilder revolutioniert die Biologie (Foto: DALL-E, IT BOLTWISE)
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