Geschichte der Zellreprogrammierung

Die Neuprogrammierung von Zellen ist der Prozess, der zur Umwandlung von Zellen von einem bestimmten Typ in einen anderen verwendet wird. In den letzten sechs Jahrzehnten wurden viele Techniken entwickelt, um induzierte Pluripotenz zu definieren.

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Einige der Prinzipien und Techniken, die in der Zellreprogrammierungsforschung entwickelt wurden, sind die Anwendung des somatischen Zellkerntransfers bei der Zelldifferenzierung, was die Tatsache bestätigt hat, dass die differenzierte Zelle und die frühe embryonale Zelle ähnliche genetische Informationen enthalten; Ansätze, die bei der Kultivierung und Erzeugung pluripotenter Zellen nützlich sind; und die Schlussfolgerung, dass Transkriptionsfaktoren hauptsächlich für die Entscheidung über das Zellschicksal verantwortlich sind.

Im Folgenden werden verschiedene Entwicklungsstadien der Zellprogrammierungsforschung erörtert:

Primäres Entwicklungsstadium

• 1885: August Weissmann schlug vor, dass die Teilmengen des genetischen Materials gleichzeitig mit dem Fortschritt der Entwicklung der Zellreprogrammierungsforschung zwischen den Tochterzellen isoliert wurden.
• 1888: Wilhelm Roux zerstreute eine der beiden Zellen eines Embryos. Er fand heraus, dass nur die Hälfte des vollständigen Embryos aus der resultierenden embryonalen Zelle entwickelt wird. Hans Spemann war es 1935 gelungen, diese Methode mit dem Molchembryo anzuwenden.
• Im Jahr 1909: Ethel Browne Harvey, die viel über die Zellteilung im Embryo von Seeigeln geforscht hat, entdeckte als erste, dass die Sekundärachse durch Zelltransplantationen in den Embryowirt induziert werden kann. Die Erfindung von Spemanns Organisator basiert auf Harveys Arbeit zur embryonalen Zellteilung.
• 1928: Hilde Mangold und Hans Spemann führten verschiedene Experimente mit dem Embryo von Salamandern durch, um die Faktoren zu bestimmen, die für die embryonale Differenzierung und Bestimmung verantwortlich sind. Diese Experimente führten zur Demonstration der Zell-zu-Zell-Induktion, durch die das Schicksal der differenzierten Zellen im embryonalen Stadium entschieden werden kann.

Die Zellen, die für die embryonale Differenzierung und Bestimmung verantwortlich sind, werden als Spemann-Organisator bezeichnet. Anschließend hat Spemann die Basis für verschiedene molekulare embryonale Forschungen gebildet, die durchgeführt werden, um die Faktoren zu finden, die für die Entscheidung über das Schicksal der Zelle verantwortlich sind.

Darüber hinaus hatte Spemann verschiedene Studien durchgeführt, um herauszufinden, ob die Zellen, die einer Differenzierung unterzogen werden, wieder in den embryonalen Zustand zurückversetzt werden können oder ob diese Zellen bestehen bleiben, um in einem differenzierten Zustand zu bleiben. Spemann stellte vor, dass der transplantierte Kern ein Genom enthielt, das alle Arten der Zelldifferenzierung steuern kann, wenn ein Kern der spezialisierten Zelle in ein bereits entkerntes Ei implantiert wird, das sich zu einem Embryo entwickelt hat.

Sekundäres Entwicklungsstadium

• Im Jahr 1962: John Gurgeon war der erste, der 1962 die Technik der Zellreprogrammierung praktisch definierte. Seine Forschung über das Klonen von Fröschen durch Kerntransfer führte zur Einleitung der nuklearen Neuprogrammierung der Zellen. Die nukleare Reprogrammierung ist ein Prozess, bei dem die Genexpression eines Zelltyps in die Genexpression der anderen Zelltypen umgewandelt wird.
• 1981: Gail Martin und Martin Evans initiierten und entwickelten die embryonalen Stammzellen der Maus. Austin Smith präsentierte 1988 notwendige Bedingungen für die Kultur embryonaler Stammzellen und Faktoren, die für die Pluripotenz verantwortlich sind.
• 1987: Faktor-vermittelte Zellschicksal-Umwandlung war die zweite Stufe in dieser Forschungslinie, die von Harold Weintraub gegründet wurde. Seine Forschung zeigte die Möglichkeit der Umwandlung von Fibro-Blasten in Muskel-Linie durch MyoD-Transduktion.
• 1997: Zum ersten Mal klonte lan Wilmut ein Schaf, was ein Meilenstein in der Geschichte der Zellreprogrammierungsforschung war.
• 1998: Anwendung des Zellreprogrammierungsansatzes bei der Entdeckung von HIV-TAT.
• Im Jahr 2001: Stammzellen eines Embryos wurden zur Neuprogrammierung somatischer Stammzellen verwendet. Diese umprogrammierten Zellen und pluripotenten Zellen haben die gleichen Eigenschaften. Es wurde beobachtet, dass die Heterokaryonen transkriptionelle Veränderungen in Abwesenheit von Kernhybridisierung erfahren haben.
• Im Jahr 2007: Die Geschichte der Forschung über die Neuprogrammierung von Zellen hatte zur Entwicklung induzierter pluripotenter Stammzellen geführt. Yamanaka und James Thomson erzeugten erstmals humane induzierte pluripotente Stammzellen.
• Im Jahr 2012: John Gurdon und Shinya Yamanaka war es gelungen, Forschungen durchzuführen, bei denen die reife Zelle, die einer Differenzierung unterzogen wird, in eine unreife Zelle umgewandelt wird und diese unreife Zelle zu jeder Zelle im Körper entwickelt werden kann. Diese Erfindung war ein großer Durchbruch in der Geschichte der Zellreprogrammierungsforschung.

Aktuelle Entwicklungen

In den letzten Jahren wurden induzierte pluripotente Stammzellen, die aus somatischen Stammzellen erzeugt werden, in der regenerativen Medizin weit verbreitet eingesetzt. Dennoch bleibt die Effizienz der Zellreprogrammierung gering. Es gibt einige andere Faktoren wie tumorigenes Potenzial, Instabilität usw., die die Verwendung von induzierten pluripotenten Stammzellen beeinflussen, insbesondere in klinischen Anwendungen.

Daher befindet sich die Umprogrammierungstechnik im Entwicklungsstadium, um induzierte pluripotente Stammzellen mit besserer Effizienz, Qualität und Sicherheit zu erzeugen. Die Entwicklung zielt im Allgemeinen auf die Quelle der somatischen Zelle, den Umprogrammierungsfaktorcocktail, die Technik, mit der Umprogrammierungsfaktoren eingeführt werden, und die Bedingungen werden kultiviert, um die erzeugten induzierten pluripotenten Stammzellen zu erhalten.

Weiterführende Literatur

• Alle Zellinhalte
• Struktur und Funktion des Zellkerns
• Was sind Organellen?
• Zilien und Flagellen in Eukaryoten
• Mitose vs Meiose