Die Entstehung von Stammzellen: Neue Erkenntnisse in der Pflanzenforschung
Pluripotente Stammzellen besitzen die bemerkenswerte Fähigkeit, sich zu jedem beliebigen Zelltyp eines Organismus zu entwickeln. Während Pflanzen im Gegensatz zu Tieren durch ihre Stammzellen ein Leben lang komplette neue Organe bilden können – ein Prozess, der bei einigen Bäumen über tausend Jahre dauern kann – verspricht die Erforschung von Stammzellen die Lösung zentraler Probleme in der Medizin und Pflanzenzüchtung. Obwohl die Funktion von Stammzellen bei der Regeneration von Geweben oder beim Wachstum detailliert untersucht wird, ist über ihre Entstehung in der Embryonalentwicklung bislang viel weniger bekannt.
WOX2: Ein Schlüsselprotein bei der Stammzellbildung in Pflanzen
In der Modellpflanze Arabidopsis (Ackerschmalwand) hatten Forscher um Laux bereits vor einigen Jahren den Transkriptionsfaktor WUSCHEL entdeckt, der für die stete Erneuerung von Stammzellen verantwortlich ist. Dieses Protein ist bereits im Embryo vorhanden, wenn sich die Stammzellen bilden. Überraschenderweise zeigte sich jedoch, dass nicht WUSCHEL, sondern der verwandte Transkriptionsfaktor WOX2 für die Entstehung der Stammzellen verantwortlich ist. Von WOX2 war bislang nur bekannt, dass es frühere Schritte bei der Musterbildung des Embryos steuert. Die Doktorandin Zhongjuan Zhang fand heraus, dass WOX2 in der Region des Embryos, in der die Stammzellen entstehen sollen, die Differenzierung der Zellen in spezialisierte Typen verhindert und somit ihr unbegrenztes Entwicklungspotenzial bewahrt.
Dies deutet auf eine ähnliche Strategie der Stammzellentstehung bei Pflanzen hin, wie sie auch bei einigen Tieren gefunden wurde. Bei Arabidopsis reguliert WOX2 über Zwischenschritte das Gleichgewicht der Pflanzenhormone Zytokinin und Auxin so, dass sich relativ viel Zytokinin und wenig Auxin in den Vorläuferzellen der Stammzellen ansammeln. Dieser Mechanismus wird von Pflanzenforschern bereits seit Jahrzehnten genutzt, um Sprosse aus Wurzeln oder Blättern zu regenerieren. Das ursprünglich in Gewebekulturen entdeckte Verfahren spiegelt somit letztlich den gleichen Mechanismus wider, den die Evolution schon viel früher zur Entwicklung von Stammzellen während der Embryogenese gefunden hatte. Thomas Laux ist Laborleiter am Institut für Biologie III und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg.
Originalpublikation:
Zhongjuan Zhang, Elise Tucker, Marita Hermann, Thomas Laux (2017): Molecular Framework for the Embryonic Initiation of Shoot Meristem Stem Cells. In: Developmental Cell. doi:org/10.1016/j.devcel.2017.01.002.