Induzierte pluripotente Stammzellen (ipscs): Viraler Transfer von Genen, mrna Transfektion, Injektion von Proteinen, Small synthetic molecules

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1 Künstliche Stammzellen Geklonte Stammzellen: Somatischer Zellkerntransfer (SCNT) in eine Eizelle und Isolierung der ESCs aus den entstehenden Blastozysten Patienten spezifische Therapie, Neue Krankheitsmodelle Induzierte pluripotente Stammzellen (ipscs): Viraler Transfer von Genen, mrna Transfektion, Injektion von Proteinen, Small synthetic molecules Patienten spezifische Therapie, Neue Krankheitsmodelle Durch Fusion hergestellte Stammzellen: Nicht wirklich brauchbar, weil tetraploid oder aneuploid Haploide Stammzellen aus parthenogenetischen Blastozysten: Noch nicht stabil. Hefe Genetik bei Säugetieren 1

2 Reprogramming: Künstliche Herstellung von sogenannten induced pluripotent stem cells. Ausbeute: 1-4 % % Kit Rodolfa and Kevin Eggan 2006, Cell 126,

3 Geklonte Stammzellen: Reprogramming: siehe Kapitel 2, Geschichte der Stammzellforschung Künstliche Herstellung von sogenannten induced pluripotent stem cells (ipscs). Voraussetzungen: 2003 geeignetes Reportergen und Herstellen einer Reporter Gen Maus Wissen über die Selbsterneuerung steuernde Gene Herstellung von geeigneten und sicheren retroviralen Vektoren 3

4 Voraussetzung für das erstmalige Reprogrammieren war: Targeted disruption of the mouse Fbx15 gene. Fbx15 Is a Novel Target of Oct3/4 but Is Dispensable for Embryonic Stem Cell llself Renewal and Mouse Development * Tokuzawa Y et al. Mol. Cell. Biol. 2003;23: G418, Geneticin Gentamycin analoges Aminoglykosid *An aminoglycoside 3' phosphotransferase, APT 3' II, encoded by Tn5

5 Ausbeute: 0,01% Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast bl Cultures by Defined Factors Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka Cell, 126/4, , 25 August

6 Einschub: Ebenso durch direktes Einbringen der Proteine möglich 6

7 Warum dauert Reprogrammieren so lange? Nicht die Etablierung des transkriptionellen Netzwerkes ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt, sondern die Rücksetzung der epigenetischen Einschränkungen von somatischen Zellen in den Grundzustand der Zelle. 7

8 Epigenetische Veränderungen in den Zellen Methylierung hli der DNA: CpG il islands Methylierung von Histonen Actelyierung von Histonen Demethylierung der DNA während der frühen Embryonalentwicklung Brutalstes Beispiel für epigenetisches Umprogrammieren: XX Männer und XY Frauen. (Andrew Sinclair, Melbourne) 8

9 ad OS, Nanog, Lin28 Lin 28 Homolog A ist ein mrna bindendes Protein aktiviert die Igf2 Expression und inhibiert die Funktion der mirna Let7. Let7 ist ein Tumorsupressor und inhibiert hb die Selbsterneuerung von ESCs. 9

10 Chemisches h Reprogrammieren Steigerung der Effizienz des Reprogrammierens durch Chemikalien z.b.: die HATs HDACs HMTs, DNMTs Inhibitoren; wie 5 Azacytidine, Trichostatin A. Ersatz von OSKM durch Chemikalien Ausbeute: 0,1 1.0 % z.b.:mittels Kinase Inhibitoren, die die durch OSKM für die Pluripotenz verwendeten Signalübertragungswege beeinflussen; RepSox ALK5 Inhibitor

11 Vereinfachte schematische Darstellung der hypothetischen personenspezifischen Zell und Gentherapie beim Menschen 11

12 Induced pluripotent stem cells for conserving endangered species? Vimal Selvaraj, David E Wildt & Budhan S Pukazhenthi Induced pluripotent stem cells have been derived from two endangered wildlife species. There are exciting possibilities, yet formidable challenges, for these cells to contribute to real life species preservation. nature methods VOL.8 NO.10 OCTOBER pdf ( ) Therapieexperimente: Mit gentechnisch reparierten ipscs wurde bereits in Mäusen Sichelzellenanämie geheilt (Mutation beim Menschen:ß Hämoglobin E6V). AusAmyotrope Amyotrope Lateralsklerose Patienten konnten bereits hipscshergestellt hergestellt werden. Erforschung der Ursachen dieser tödlichen und nichtheilbaren Krankheit. Ebenso Long QT Syndrom hipscs hergestellt

13 Haploide Stammzellen aus parthenogenetischen Blastozysten: Partenogenese beim Menschen Herstellung von haploiden (maternalen) ESCs Robert Lanza et al Woo SukHwang et al Anton Wutz et al. und Josef Penninger et al. 13

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