Reprogrammierung verjüngt Zellkraftwerke

Humane embryonale Stammzellen können sich zu jeder Zellart des Organismus entwickeln. Dadurch wird es möglich, dass aus einer einzigen befruchteten Zelle ein vollständiger Organismus mit hochspezialisierten Geweben und Organen wie Nerven, Muskeln oder Leberzellen entsteht. Durch die Verwendung von menschlichen Stammzellen hoffen Mediziner, künftig verletzte oder kranke Organe heilen oder sogar ersetzen zu können. Die Gewinnung embryonaler Stammzellen aus menschlichen Embryonen ist jedoch ethisch bedenklich. Große Erwartungen knüpfen sich daher an die Verwendung so genannter "induzierter pluripotenter Stammzellen" (iPS-Zellen). Dies sind erwachsene Körperzellen, in denen bestimmte "schlafende" Gene wieder aktiviert werden. Die Zellen verwandeln sich erneut in Stammzellen und bekommen die Fähigkeit zurück, sich zu anderen Geweben oder Zellarten zu spezialisieren. Bislang ist jedoch noch unklar, ob auch die biochemischen Abläufe im Inneren der iPS-Zellen den embryonalen Stammzellen entsprechen, oder ob es sich bei ihnen tatsächlich um "alte" Zellen handelt.

Die Alterung von Zellen wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Ein wichtiger Bereich betrifft die Entstehung und den Abbau so genannter freier Radikale. Dabei handelt es sich um extrem reaktionsfreudige Moleküle, die ständig innerhalb der Mitochondrien gebildet und zum Beispiel für die Infektionsabwehr des Organismus benötigt werden. In großer Menge können sie aber auch Schäden in den Zellen verursachen, die als Teil des Alterungsprozesses angesehen werden. Mitochondrien sind die Energiekraftwerke der Zelle. Im Unterschied zu allen anderen Organellen besitzen die Mitochondrien eine eigene, von dem zellulären Erbgut unabhängige DNA. Bei der Reprogrammierung wird jedoch nur das zelluläre Erbgut beeinflusst, die Mitochondrien-DNA ist von den Änderungen nicht betroffen.

Forscher am Berliner Max-Planck-Institut für molekulare Genetik stellten iPS-Zellen her und verglichen ihre Mitochondrien mit denen embryonaler Stammzellen. Sie konnten zum ersten Mal beweisen, dass iPS Zellen und embryonale Stammzellen ähnliche Mitochondrien aufweisen. Die Organellen haben vergleichbare Eigenschaften und verhalten sich ähnlich. Durch den Reprogrammierungsprozess ändert sich sogar das Aussehen der Mitochondrien. Die in den erwachsenen Zellen länglichen Organellen werden rundlich, wie die Mitochondrien in jungen Embryonalzellen.

Die Arbeit zeigt erstmalig, dass bereits erwachsene Mitochondrien durch den Reprogrammierungsprozess verjüngt werden und daraufhin den Mitochondrien embryonaler Stammzellen ähneln. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Erkenntnisse wertvolle Impulse vor allem für die Entwicklung neuer Therapieformen gegen Krebs und neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer geben werden.

Quelle: Prigione, A., et al.: Stem Cells, 3. März 2010, Online-Vorabveröffentlichung: DOI: 10.1002/stem.40