Krebsgen MYC kontrolliert die Entwicklung embryonaler Stammzellen

Bei Maus-Blastozysten scheint das Krebsgen MYC den biochemischen Schalfzustand (Diapause) zu steuern.  
(Bildnachweis: Andreas Trumpp, DKFZ/HI-STEM)
Fabian Peters
Gen MYC mit maßgeblichem Einfluss auf die embryonale Entwicklung
Lange blieb die eigentliche Funktion des Krebsgens MYC unklar. Nun haben Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) in Heidelberg herausgefunden, dass MYC die Entwicklung der Stammzellen in der frühen Embryonalphase steuert, jedoch im späteren Stadium über den gleichen Effekt die Bildung von Metastasen begünstigen kann. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in dem Fachmagazin „Cell“ veröffentlicht.

Laut Mitteilung des DKFZ gilt für viele Krebsarten: Je mehr MYC sie produzieren, desto aggressiver wachsen die Tumore. Den Wissenschaftlern war jedoch aufgefallen, dass MYC auch in embryonalen Stammzellen aktiv ist. Nun konnte das Team um Andreas Trumpp vom Deutschen Krebsforschungszentrum nachweisen, das das Gen die Entwicklung der Stammzellen maßgeblich steuert. In der Natur sei der Effekt zum Beispiel bei Rehen in Form der sogenannten „Keimruhe“ beziehungsweise „Diapause“ zu beobachten.

Bei Maus-Blastozysten scheint das Krebsgen MYC den biochemischen Schalfzustand (Diapause) zu steuern. (Bildnachweis: Andreas Trumpp, DKFZ/HI-STEM)
Bei Maus-Blastozysten scheint das Krebsgen MYC den biochemischen Schalfzustand (Diapause) zu steuern. (Bildnachweis: Andreas Trumpp, DKFZ/HI-STEM)

Fortpflanzung den Umweltbedingungen angepasst
„Um ihre Jungen zu einem möglichst günstigen Zeitpunkt zur Welt zu bringen, legen viele Tierarten bei der Entwicklung ihrer Embryonen eine Pause ein“, erläutert das DKFZ. Durch diese sogenannte Diapause werde die Fortpflanzung den Umweltbedingungen angepasst. Beispielsweise würden Rehkitze „nach einer Tragzeit von rund zehn Monaten im Frühsommer geboren – wenn es warm ist und das Nahrungsangebot für die Mutter reichhaltig.“ Eigentlich wären laut Aussage der Forscher für die Entwicklung der Embryonen sechs Monate ausreichend, „doch dann kämen die bei der Paarung im Spätsommer gezeugten Jungtiere bereits im Winter zur Welt.“ Durch eine hormongesteuerte Entwicklungspause der frühen Embryonen werde die Tragzeit daher von der Natur verlängert.

Biochemischer Schlafzustand
Die Wissenschaftler des DKZ und des Stammzell-Instituts HI-STEM konnten nun nachweisen, dass dieser Vorgang durch das Krebsgen MYC gesteuert wird. Bei Abschaltung von MYC fallen embryonale Stammzellen und frühe Embryonen der Maus in einen reversiblen biochemischen Schlafzustand, so die Mitteilung des DKFZ. Hiervon unbeeinträchtigt bleibe jedoch die Fähigkeit der Zellen, sich zu allen verschiedenen Zellarten des Körpers zu entwickeln. Die schlafenden Zellen blieben am Leben und behielten ihre Stammzell-Identität bei, betonen die Forscher. Die Zellen hätten weiterhin die wichtigen „Stammzell-Faktoren“ aufgewiesen, die es ihnen ermöglichen, sich zu den mehr als 200 verschiedenen Zelltypen des Körpers auszudifferenzieren.

Funktion von MYC bislang unklar
Um die Funktion des Gens MYC zu entschlüsseln, nutzten die Forscher embryonale Stammzellen aus Mäusen, deren beide MYC-Gene (c-MYC und N-MYC) sie gezielt ausschalten konnten, so die Mitteilung des DKFZ. Die „embryonalen MYC-negativen Stammzellen“ drosselten laut Angaben der Forscher sehr stark die Aktivität jener Gene, die für Zellteilung, Zellwachstum und Stoffwechsel entscheidend sind. Die Zellen wurden in eine Art biochemischen Schlafzustand versetzt, „der uns stark an den Prozess der Diapause erinnert, der bisher komplett unverstanden ist “, betont Roberta Scognamiglio, Erstautorin der aktuellen Studie. Bei diesem würden „die frühen Embryonen, so genannte Blastozysten, vor der Einnistung in der Gebärmutter in einen schlafähnlichen Zustand ohne Wachstum und nahezu ohne Stoffwechsel“ versetzt.

MYC auch für die Diapause verantwortlich?
Um herauszufinden, ob das Gen MYC auch für die Diapause verantwortlich ist, verglichen die Forscher die Aktivität aller Gene in MYC-negativen embryonalen Stammzellen mit denen in pausierenden Mäuse-Blastozysten. In beiden Fällen seien neben MYC dieselben Gengruppen inaktiviert gewesen, so die Mitteilung des DKFZ. Diese waren „hauptsächlich solche Erbanlagen, die die Proteinsynthese und das Zellwachstum kontrollieren. Die Stammzell-Faktoren dagegen wurden unverändert produziert“, berichtet das Deutsche Krebsforschungszentrum weiter. Wurden normale Blastozysten in der Kulturschale mit dem MYC-Hemmstoff behandelt, so verfielen sie in einen Diapause-ähnlichen Zustand. Bei anschließender Übertragung der schlafenden Embryonen in Leihmütter-Mäuse wuchsen sie laut Aussage der Forscher zu normalen Jungtieren heran.

Schlafzustand vollständig reversibel
„Um die Diapause einzuleiten oder um embryonale Stammzellen in einen Schlafzustand zu versetzen, reicht es aus, das Krebsgen MYC abzuschalten“, erläutert Andreas Trumpp. Das Potential der Stammzellen werde hierdurch nicht beeinträchtigt. „Es handelt sich hier um eine sehr spezielle Eigenschaft von Stammzellen, denn alle anderen Zelltypen sterben nach MYC-Blockade“, so der Experte. Zudem sei der Zustand reversibel. Direkt nach dem Absetzten des Hemmstoffs hätten die Zellen wieder mit der RNA-, Protein- und DNA-Synthese begonnen und konnten sich unbegrenzt vermehren. „Nach Reaktivierung von MYC können sich die schlafenden Embryonen zu gesunden Tieren weiterentwickeln“, berichtet das DKFZ.

Wachstum von Metastasen durch MYC beeinflusst?
Nach Ansicht der Wissenschaftler hat MYC vermutlich auch auf Krebsstammzellen einen unheilvollen Einfluss, insbesondere auf die schlafenden Metastasen-Stammzellen. Letztere könnten bei ihrer Wanderung über die Blutbahn in fremde Organe gelangen und unter den Einfluss von Signalmolekülen geraten, wie sie etwa bei Entzündungen entstehen. So könne die MYC-Produktion der Schläfer wieder angekurbelt werden und dazu führen, dass sie zu Metastasen auswachsen. „Wir versuchen nun Strategien zu entwickeln, um mit einer MYC Blockade auch solche gefährlichen Schläferzellen anzugreifen“, erläutert der Stammzellforscher Andreas Trumpp. (fp)

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