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Stammzellen im Kleinen Blasenmützenmoos

Obwohl jede Zelle eines lebenden Organismus grundsätzlich die gleichen Gene enthält, setzen sich die meisten Tiere und Pflanzen aus einer enormen Vielfalt an Zelltypen mit je besonderen Funktionen zusammen: Menschen können mit ihren Hautzellen nicht denken und Rosen können mit ihren Wurzeln nicht blühen. Ein israelisch-deutsches Forscherteam hat nun entdeckt, was diesen Unterschied in einem Moos auslöst.

Zwei "Gebärmütter" (Archegonien) des Kleinen Blasenmützenmooses. Die blaue Färbung zeigt die Aktivität des Polycomb-Gens FIE (blau) in einer unbefruchteten Eizelle (rechts). Im jungen Embryo (links) wird das Gen abgeschaltet - die blaue Farbe verschwindet. © Development 136

Während der Evolution von Bakterien zu Höheren Organismen wie Menschen oder Rosen entwickelte sich eine große Anzahl von verschiedenen Zelltypen mit spezifischen Funktionen. Eine zentrale Frage in der Biologie lautet: "Wie entwickeln sich verschiedene Zelltypen und Organe aus einer totipotenten befruchteten Eizelle?" Obwohl diese Zellen alle die gleichen Gene teilen, haben die Zelltypen unterschiedliche Aufgaben. Während in dem einen Zelltyp ganze Blöcke von Genen inaktiv sind, werden sie in anderen Zellen eingeschaltet. Diese genomweite Steuerung von Genaktivitäten erfolgt durch Proteinkomplexe in einem als "Epigenetik" - was "jenseits der Genetik" bedeutet - bezeichneten Prozess. Einer von diesen Hauptschaltern ist ein großer Komplex aus verschiedenen Proteinen, der so genannte Polycomb (PcG)-Komplex.

Die Forscherteams von Dr. Nir Ohad von der Tel Aviv-Universität, Israel, und Professor Ralf Reski von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg berichten in der Juli-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Development" (Assaf Mosquna et al. (2009): Development 136, 2433-2444) über die Identifizierung eines Mitglieds dieses Komplexes, des FIE-Proteins aus dem Moos Physcomitrella patens, dem Kleinen Blasenmützenmoos. Die Herausgeber von "Development" waren von den Ergebnissen so angetan, dass sie diese Veröffentlichung nicht nur in einem "Editorial" herausstellen ("Plant PcG conservation identiFIEd"), sondern auch mit einem Bild auf der Titelseite für diese Forschung werben.

Was haben die Forscher, deren Projekt von der German-Israeli-Foundation (GIF) gefördert wurde, eigentlich entdeckt? Sie haben herausgefunden, dass das FIE-Gen des Mooses nur in dessen Stammzellen, wie zum Beispiel in der Eizelle, aktiv war. Dieses Gen wurde jedoch bald nach der Befruchtung der Eizelle im jungen Embryo abgeschaltet. Außerdem begannen Mooszellen, in denen dieses Gen durch Gentechnik dauerhaft ausgeschaltet (mutiert) wurde, sich in einer Weise unkontrolliert zu vermehren, die an Krebszellen von Menschen und Tieren erinnert. Zur großen Überraschung des Forscherteams konnte dieses unkontrollierte Zellwachstum im mutierten Moos durch die Einführung eines FIE-Gens von der Samenpflanze Arabidopsis rückgängig gemacht werden. "Auf dem ersten Blick traute ich meine Augen nicht - ich schaute auf eine Gen-Komplementation zwischen Organismen, die durch 450 Millionen Jahren von Evolution getrennt sind", sagt Nir Ohad. Und Ralf Reski ergänzt: "Der Anblick von krebsartigem Zellenwachstum in einer einfachen Pflanze wie Physcomitrella hat mich fasziniert. Nun kann Moos als ein Modellsystem für die Erforschung von vielen fundamentalen Fragen der Biologie dienen, sogar in der Stammzellforschung."

Diese Ergebnisse überzeugten nicht nur die Gutachter und Herausgeber von "Development", sondern auch die Gutachter und Direktoren der GIF: Letztere haben gerade einen weiteren Förderantrag der beiden Forscherteams bewilligt, damit sie ihre gemeinsame Forschung über die Rolle von Stammzellen in einer einfachen Pflanze fortsetzen können.

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