Ob aus einer Blutstammzelle bei der Zellteilung erneut eine Stammzelle oder aber die verschiedenen Blutzellen entstehen, hängt von einem chemischen Vorgang ab, der in der Fachsprache DNA-Methylierung genannt wird. Das haben deutsche Wissenschaftlerinnen jetzt erstmals nachgewiesen. Wie sie in „Nature Genetics“ berichten, spielt ein für diese DNA-Methylierung wichtiges Enzym auch bei Krebsstammzellen eine entscheidende Rolle.
Die Verteilung der Methylgruppen auf der DNA entscheidet, welche Gene abgelesen und welche blockiert werden. Forscher sprechen in diesem Zusammenhang von epigenetischen Informationen, im Gegensatz zu genetischen Informationen. Eine Gruppe von drei Enzymen, die DNA-Methyltransferasen (Dnmt), kontrolliert das Anhängen der Methylgruppen an die DNA. Eines dieser Enzyme, das Dnmt1, ist verantwortlich dafür, dass die Markierungen mit den Methylgruppen, die DNA- Methylierungsmuster, erhalten bleiben.
Welche Rolle spielt die Methylierung bei Blutstammzellen?
Ob die DNA-Methylierung allerdings eine besondere Rolle in der Kontrolle von Blutstammzelleigenschaften spielt, war bisher unklar. Da Blutzellen nur eine begrenzte Lebensdauer haben, muss der Körper immer wieder neue Blutzellen bilden. Das Reservoir dafür bilden die Blutstammzellen. Die Forscherinnen Ann-Marie Bröske und Lena Vockentanz aus dem Labor von Frank Rosenbauer vom Max-Delbrück- Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch haben nun in Zusammenarbeit mit dem Labor von Professor Sten Eirik W. Jacobsen von der Universität Lund in Schweden und der Universität Oxford in England untersucht, wie die DNA-Methylierung die Blutstammzellen beeinflusst.
Blockiertes Enzym mit fatalen Folgen
In ihrem Versuch schalteten sie das Enzym Dnmt1 bei Mäusen aus und verhinderten damit die Erhaltung der Methylierungsmuster. Es zeigte sich, dass die so behandelten Tiere aufgrund einer komplett gestörten Stammzellfunktion nicht lebensfähig waren. Sorgten die Forscherinnen hingegen dafür, dass die Blutstammzellen noch etwas Dnmt1 bildeten, blieben die Tiere am Leben, die Stammzellen büßten aber ihr Potential der Selbsterneuerung ein.
Auch konnten die Blutstammzellen daraufhin keine B-Zellen und nur eingeschränkt T-Zellen bilden, beides wichtige Zellen des Immunsystems, dafür aber beispielsweise rote Blutzellen, die für den Sauerstofftransport wichtig sind und zu den Blutzellen des myeloerythoiden Systems gezählt werden. Mit anderen Worten, die Höhe der DNA-Methylierung reguliert, welche Blutzelllinien sich aus einer Blutstammzelle entwickeln oder nicht.
Blockierung wirkt auch auf Krebstammzellen
Methylierungsvorgänge spielen auch eine Rolle bei sehr vielen Krebserkrankungen. Die DNA-Methylierung durch das Enzym Dnmt1 kontrolliert, wie die MDC-Forscherinnen weiter zeigen konnten, auch die Entwicklung von Blutkrebsstammzellen. Ist die DNA-Methylierung sehr gering, können sich die
Krebsstammzellen nur eingeschränkt selbst erneuern. Außerdem ist die Bildung von Leukämiezellen der B-Zell-Linie (akute B-Zell-Leukämie -ALL) blockiert.
Die Frage ist, ob erkrankte Stammzellen möglicherweise durch eine Blockade des Enzyms Dnmt1, ausgeschaltet werden können. Das will Rosenbauer in einem weitergehenden Projekt mit seinen Mitarbeiterinnen genauer untersuchen.
(Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC), 06.10.2009 – NPO)
