Molekulare Charakterisierung der intestinalen epithelialen Stammzellnische

Abstract

Die molekularen Mechanismen der Differenzierung und Proliferation von intestinalen epithelialen Stammzellen in der Stammzellnische sind weitgehend unbekannt. Dies ist auch ein wesentlicher Grund dafür, dass es nicht möglich ist, adulte epitheliale Stammzellen in vitro zu züchten. Beim Versuch, die Stammzellen in Kultur zu halten, gehen diese schnell verloren, weil sie sich spezialisieren und ihre eigene Proliferation vernachlässigen. Wüsste man, wie sich intestinale Stammzellen im Körper erneuern, welche Faktoren die Stammzellproliferation und Differenzierung beeinflussen, so könnte dies ihre gezielte Vermehrung im Labor verbessern, was der Entwicklung neuer Therapien dienen würde. Diese Arbeit hatte die Identifizierung jener Faktoren zum Ziel, die für die Entwicklung und Regeneration des intestinalen Epithels wichtig sind. Über die verschiedenen Analyseebenen soll ein anschauliches Stammzellnischenmodell des Darmtrakts erstellt werden. Unter dem Begriff „Faktoren“ werden hierbei molekulare Substanzen wie Enzyme, Hormone, Wachstumsfaktoren, Zytokine, Rezeptorproteine etc. zusammengefasst, die an der molekularen Interaktion der Stammzellnische im Darmtrakt beteiligt sind. Mit Hilfe dieser Faktoren ist es möglich, über den extrazellulären Raum oder über die äußere Zellmembran (Rezeptoren/ Oberflächenproteine) die Vermehrung von intestinalen Stammzellen in Zellkultur günstig zu beeinflussen. So wäre es denkbar, dass man durch die Applikation bestimmter Faktoren bzw. Faktorkandidaten in vitro verschiedene intrazellulären Kaskaden aktiviert, die für die Proliferations- und Differenzierungsmechanismen der intestinalen Stammzelnische essentiell sind. Für die Identifizierung der Faktorkandidaten wurden die beiden Netzwerksysteme Genepaint.org und IPA benutzt. Viele dieser Faktoren gehören zu verschiedenen Signaltransduktionskaskaden und sind zudem an verschiedenen Stoffwechselprozessen beteiligt, die für die Proliferation und Differenzierung der intestinalen epithelialen Stammzellen von großer Bedeutung sind. Jedoch sind vom IPA-System auch Faktoren identifiziert worden, bei denen die Funktion und die Wirkung auf die intestinale Stammzellnische nicht bekannt ist. Hier erscheint es sinnvoll, die Wirkung dieser Faktoren innerhalb der Zellkultur zu überprüfen. Bei den Faktoren, die zwar eine starke Interaktion in den Pathways zeigen, für die aber kein Expressionsbild im Genepaint-Datenbank hinterlegt ist, bietet sich zudem eine in-situ- Hybridisierung an.

The molecular mechanism of the differentation and proliferation of intestinal epithelial stem cells is unknown. This is a reason why it is not possible to cultivate the stem cells in vitro. At the attempt to cultivate the cells these cells decrease very fast, because the stem cells neglect their own proliferation and go the way of specialization. If we know, how the intestinal stem cells renew themselves, which factors affect the differentation and proliferation, we could improve their purposeful increase, which would serve the development of new therapies. The aim of this work was the identification of the factors, which are important for the development and regeneration of the intestinal epithelial stem cells. Under the term “factors” are summarized molecular substances such as enzymes, hormones, growth factors, receptor proteins etc., which are involved in the molecular interaction in the stem cell niche. For the identification of these factors we used two network systems, the Genepaint.org and the Ingenuity Pathway Analysis-System (IPA- System). A lot of these factors belong to different signal transduction cascades and they are involved in different metabolic processes, which are very important for the proliferation an differentation of the intestinal stem cells. The IPA-System identified also factor candidates, which have an unknown effect. The next step would be to examine the effect of the factors in vitro, which shows a strong interaction into the pathway and a strong expression in the Genepaint.org.