Radialgliaähnliche Vorläuferzellen aus pluripotenten Stammzellen

Abstract

Als myelinproduzierende Zellen spielen die Oligodendrozyten eine essenzielle Rolle für die Funktionalität des Zentralnervensystems (ZNS). Sie bilden die isolierenden Myelinscheiden der Neurone und garantieren so eine einwandfreie Reizweiterleitung selbst über große Distanzen. Myelinassoziierte Erkrankungen wie beispielsweise die Multiple Sklerose oder die Metachromatische Leukodystrophie können bislang lediglich symptomatisch behandelt aber nicht geheilt werden und demonstrieren mit ihrer schwerwiegenden Symptomatik die Bedeutung der Oligodendrozyten für das Nervensystem. Ein zentrales Kriterium für die Entwicklung verbesserter Therapiestrategien stellt das grundlegende Verständnis der Entwicklung und Funktion des betroffenen Zelltyps dar. Der Zugang zu humanen Oligodendrozyten kann über die eingeschränkte Bereitstellung von Primärgewebe oder die Differenzierung humaner pluripotenter Stammzellen (pluripotent stem cells, PSC) in den gewünschten Zelltyp erfolgen. Bislang erfolgt die Gewinnung von humanen Oligodendrozyten in vitro über direkte, langwierige Differenzierungsstrategien, welche abhängig sind von der sensiblen Qualität der humanen PSC. Weiterhin beeinflussen lange Differenzierungszeiträume die Stabilität und Qualität der resultierenden Kulturen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde nun ein Zugang zu Oligodendrozyten aus humanen neuralen Vorläuferzellen (neural precursor cells, NPC) ermöglicht, um die beschriebenen Komplikationen in der Generierung der Oligodendrozyten zu umgehen. <br /> Zu diesem Zweck werden humane embryonale Stammzellen sowie induziert pluripotente Stammzellen (induced pluripotent stem cells, iPSC) neural differenziert und radialgliaähnliche NPC (radial glia like NPC, RGL-NPC) über einen Antikörper gegen den NSC-Marker CD133 immunisoliert. Die resultierenden RGL-NPC bilden eine über mindestens 40 Passagen hinweg stabil adhärent proliferierende, kryokonservierbare Kultur, welche Marker von NSC und Radialglia wie Nestin, SOX2, ASCL1, BLBP und Vimentin exprimieren. Diese Zellen lassen sich unter Entzug der Wachstumsfaktoren tripotent in die Hauptzelltypen des ZNS, Neurone, Astrozyten und Oligodendrozyten, differenzieren. Die Entwicklung eines spezifischen oligodendroglialen Differenzierungsschemas ermöglicht die Induktion der essenziellen oligodendroglialen Transkriptionsfaktoren OLIG1/2, NKX6-2 und SOX10, wodurch NG2- positive Oligodendrozytenvorläufer generiert werden können, welche sich weiter in O4-, 4860- und MBP-positive Oligodendrozyten entwickeln. Nach Transplantation in die hypomyelinisierte Shiverer-Maus reifen die RGL-NPC zu funktionellen myelinisierenden Oligodendrozyten heran. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit die Generierung eines stabilen Intermediats zwischen humanen PSC und Oligodendrozyten. Die Gewinnung humaner Oligodendrozyten kann somit erfolgen, ohne wiederholt auf sensible PSC zurückgreifen zu müssen. Die Möglichkeit der Generierung iPSC-abgeleiteter Oligodendrozyten verschafft darüber hinaus einen Zugang zu patientenspezifischen Zellen, welche einen essenziellen Beitrag zur Untersuchung myelinassoziierter Erkrankungen sowie der Entwicklung potenzieller Therapien liefern können.