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Doppelerfolg für Heidelberger Stammzellforscher

Gleich zwei hochdotierte Forschungspreise gehen an Nachwuchswissenschaftler vom Heidelberger Institut für Stammzelltechnologie und experimentelle Medizin (HI-STEM) im Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ): Simon Raffel hat herausgefunden, wie der fehlgesteuerte Abbau von Aminosäuren in Leukämiestammzellen Blutkrebs fördert und wird dafür mit dem Walter-Schulz-Preis 2018 ausgezeichnet. Simon Haas teilt sich den Otto Schmeil-Preis 2018 mit seinem Kollegen Lars Velten vom EMBL. Die beiden Stammzellforscher haben gemeinsam nachgewiesen, dass sich Blutzellen im Knochenmark ganz anders entwickeln als bislang vermutet.

Simon Raffel, Lars Velten und Simon Haas. © Quelle: Jutta Jung, DKFZ

Die Heidelberger Akademie der Wissenschaften zeichnet Simon Haas und Lars Velten mit dem Otto-Schmeil Preis 2018 der gleichnamigen Stiftung aus. Der 2016 eingerichtete und mit 15.000 Euro dotierte Preis wird am 9. Juni in der alten Aula der Universität überreicht.

Blut besteht aus einer Vielzahl an Zellarten, die jeweils für bestimmte Aufgaben spezialisiert sind: Sauerstoffversorgung, Wundheilung oder die Abwehr von Krankheitserregern. Täglich gehen große Mengen dieser Zellen zugrunde und müssen von den Blutstammzellen im Knochenmark sofort nachgebildet werden. Um die Blutbildung zu erforschen, mussten bislang tausende von Zellen gebündelt analysiert werden: In einer Kooperation zwischen dem DKFZ, HI-STEM und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) ist es Simon Haas und Lars Velten nun erstmals gelungen, die Blutbildung aus Stammzellen an einzelnen Zellen zu untersuchen.

Die Forscher entwickelten eine Methode, um die Genaktivität und die Eigenschaften von tausenden einzelner Stammzellen separat zu charakterisieren. Bislang nahm man an, dass blutbildende Stammzellen eindeutige Entwicklungsstadien durchlaufen müssen, um sich schrittweise in reife Blutzellen zu entwickeln. Doch Haas und Velten zeigten nun, dass sich Stammzellen kontinuierlich und graduell zu reifen Blutzellen entwickeln, ohne die bisher postulierten definierten Zwischenstadien zu durchlaufen.

Außerdem entdeckten die beiden Nachwuchsforscher eine zuvor nicht bemerkte Heterogenität der Stammzellen, die darauf hinweist, dass diese sich bereits früher als zuvor angenommen in verschiedene Richtungen spezialisieren. An Mäusen konnte Simon Haas zeigen, dass die Stammzell-Spezialisierung wichtig ist, um schneller auf Stress, etwa während einer viralen Infektion, reagieren zu können. Diese Ergebnisse sind auch relevant, um besser zu verstehen, wie Blutkrebs entsteht, was Velten und Haas aktuell untersuchen.

Simon Haas studierte Molekulare Zellbiologie und Biochemie an der Universität Heidelberg und am Imperial College in London. Bereits für seine Doktorarbeit in der HI-STEM Gruppe von Marieke Essers entschied er sich für die Stammzellforschung. Nach Forschungsaufenthalten am Massachusetts Institute of Technology und an der Harvard Medical School leitet Haas seit seiner Promotion 2017 eine HI-STEM-Forschungsgruppe im DKFZ.

Lars Velten studierte Molekulare Zellbiologie an der Universität Heidelberg und promovierte im Bereich Genomforschung am EMBL. Nach Forschungsaufenthalten an den Universitäten Berkeley und Stanford (USA) sowie am Weizmann Institut (Israel) forscht er in der Genome Biology Unit am EMBL.

Glossar

  • Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine; es gibt insgesamt 20 verschiedene Aminosäuren in Proteinen.
  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Chemotherapie ist eine Behandlung von Krankheiten, insbesondere Krebs, unter Einsatz von Chemotherapeutika (Medikamente zur Wachstumshemmung von (Krebs)-Zellen).
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Leukämie ist eine bösartige Erkrankung (Krebs) des blutbildenden Systems. Durch die vermehrte Bildung entarteter weißer Blutkörperchen und ihrer Vorstufen wird die Blutbildung im Knochenmark gestört. Andere Blutbestandteile werden verdrängt und es kommt dadurch zu Anämie (Blutarmut), Infektionen und Blutungen, die letztlich zum Tod führen, wenn die Leukämie nicht behandelt wird.
  • Die Zytologie oder auch Zellbiologie ist eine Disziplin der Biowissenschaften, in der mit Hilfe mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden die Zelle erforscht wird, um biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene zu verstehen und aufzuklären.
  • Molekular bedeutet: auf Ebene der Moleküle.
  • Die Epigenetik beschäftigt sich mit den vererbbare Veränderungen in der Genexpression, die nicht auf Abweichungen in der Sequenz der DNA zurückzuführen sind.
  • Methylierung ist die Einführung von Methylgruppen in organische Verbindungen.

Fehlgesteuerter Abbau von Aminosäuren fördert Leukämien

Über den mit 10.000 Euro dotierten Walter Schulz Preis darf sich dieses Jahr Simon Raffel, HI-STEM und DKFZ, freuen. Die 1980 gegründete Walter Schulz Stiftung vergibt jährlich einen Forschungspreis an junge Wissenschaftler, die in der Tumorforschung eine hervorragende Leistung erbracht haben. Simon Raffel wird den Preis am 20. April in München entgegen nehmen.

Die Akute Myeloische Leukämie (AML), eine aggressive Form von Blutkrebs, kehrt nach zunächst erfolgreicher Therapie sehr häufig zurück. Schuld daran sind therapieresistente Leukämiestammzellen. Simon Raffel konnte zeigen, dass ein Enzym, das für den Abbau bestimmter Aminosäuren aus der Nahrung zuständig ist, eine zentrale Rolle bei der Entstehung dieser Leukämien spielt.

Das „BCAT1" genannte Enzym ist in Leukämiestammzellen in auffällig großen Mengen vorhanden, die während eines Krebsrückfalls noch weiter ansteigen. In der Arbeitsgruppe von Andreas Trumpp kam Simon Raffel einer überraschenden Verbindung zwischen dem Energiestoffwechsel und dem so genannten epigenetischen Code auf die Spur: Hohe BCAT1-Spiegel haben unter anderem zur Folge, dass das Erbgut vermehrt mit winzigen Markierungen, so genannten Methylierungen, versehen wird. Diese epigenetischen Markierungen entscheiden darüber, welche Gene aktiv sind oder stumm bleiben.

Der Grad der Erbgut-Methylierung hat einen immensen Einfluss auf viele Zellfunktionen, unter anderem auf die Tumoraggressivität und die Resistenz gegenüber Chemotherapien. Eine Blockade von BCAT1 mit einem zielgerichteten Wirkstoff könnte die Methylierung des Erbguts normalisieren. Die Forscher erwarten, dass sich so Leukämiestammzellen eliminieren lassen, was die Prognose von Patienten mit AML deutlich verbessern könnte.

Simon Raffel studierte Medizin an der Universität Heidelberg und Columbia University in New York und forschte anschließend an der Harvard Medical School, Boston, USA. Nach einem kurzen Abstecher als Unternehmensberater bei McKinsey trat er 2008 eine Stelle als Assistenzarzt an der Charité in Berlin an, wo er 2011 promovierte. Danach wechselte er als Postdoc an das HI-STEM im DKFZ und ist seit 2015 gleichzeitig Assistenzarzt am Universitätsklinikum Heidelberg.

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