Humane mesenchymale Stammzellen (HMSC): Differenzierung und Fusion mit anderen Zellarten

Abstract

Eine Vielzahl von Untersuchungen wies darauf hin, dass aus dem Knochenmark isolierte mesenchymale Stammzellen (HMSC) zur Regeneration von verschiedenen Geweben, zum Beispiel der Herzmuskulatur, Leber und Skelettmuskulatur beitragen. Diese Befunde implizierten, dass es zu einer Umprogrammierung gewebsunabhängiger Stammzellen zu gewebsspezifischen Progenitorzellen kam. Erst neuere Untersuchungen zeigten, dass auch Fusionen zwischen Stammzellen und ausdifferenzierten Zellen, den Anschein einer Transdifferenzierung wecken. In der vorliegenden Arbeit wurde der Mechanismus der Partizipierung der Stammzellen bei der Muskelregeneration untersucht. Es wurden humane multipotente mesenchymale Stammzellen aus Hüftgelenksköpfen isoliert und nach Markierung in Scid-Mäuse, die an der Oberschenkelmuskulatur durch Kryoquetschung verletzt wurden, transplantiert. Es wurde festgestellt, dass nur wenige der injizierten HMSC an der Regeneration von Myotuben teilnahmen. Durch in vitro-Versuche, bei denen markierte HMSC mit C2C12-Zellen kokultiviert wurden, zeigten, dass Fusionen zu chimären Myotuben zwischen den beiden Zelltypen stattfanden. Dies wurde durch eine positive MF20-Antikörperfärbung und Kernuntersuchungen der Myotuben bestätigt. Eine Antikörperfärbung zum Nachweis von Myogenin zeigte eine negative Färbung des humanen Kerns der mesenchymalen Stammzelle und einigen umliegenden murinen Kernen. Dies ließ auf eine Art Reprogrammierung der C2C12-Zellen-abstammenden Kerne nach Fusion schließen. Als fusionsfördernder Faktor wurde IL-4 identifiziert, der nach Bindung an seinen Rezeptor über den NFATC2/C3-Signalweg die Bildung von funktionalen Hybridmyotuben fördert. Des Weiteren wurde festgestellt, dass primäre Fibroblasten ebenfalls ein Fusions- und Differenzierungspotenzial besitzen. Allerdings fiel es wesentlich schwächer aus, als bei den HMSC. Das Verhältnis der Differenzierung und Fusionsfähigkeit korrelierte miteinander und man kann sagen, dass die Zellen, die in der Lage sind zu fusionieren auch die Fähigkeit besitzen zu differenzieren.

It was known, human mesenchymal stem cells (hmsc) are able to differentiate and take part in tissue regeneration, for instance heart, lever or skeletal muscle. That would mean, the stem cell reprogrammed to a progenitor cell. But recently, they show fusion events are the process of participation. In this work, the mechanism of participation of hmsc in muscle regeneration is investigated. Therefore human mesenchymal stem cells were isolated from hip bones and injected in Scid-mice after cryo-damage. It was shown that only few cells are able to take part in regeneration. In vitro culture assays were established to investigated the mechanism of participation. First, C2C12-cells were cocultured with marked hmsc. The result showed some MF20-positive chimaric myotubes, which contains human nuclei. This was observed by nuclei-staining with DAPI. That means that fusion is the process of participation. A Myogenin-antibody staining showed reprogrammed nuclei, which lay collateral of the human nucleus in the chimaric myotubes. IL-4, a cytokine is able to promote the fusion between the hmsc and C2C12-descending myotubes. In-vivo investigations showed that the IL-4/NFATC2/C3-pathway is responsible for fusion events. Analyses with primary fibroblast cells showed also a potential for fusion and fat differentiation. In comparison with hmsc the fusion and differentiation events were lesser, but there were also a correlation between fusion and differentiation. Cells which are able to fuse with C2C12-myotubes have also the plasticity to differentiate to fat cells.