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Gen-Taxi für Proteine

Virale Nanopartikel transportieren Proteine in induzierte pluripotente Stammzellen

01.05.2010
Blick durch ein Fluoreszenzmikroskop auf Zellen. Die Zellkerne sind rot gefärbt. Mit viralen Nanopartikeln haben die Forscher das grünfluoreszierende Protein (GFP) in die Zellen eingebracht.Quelle: MHH
Blick durch ein Fluoreszenzmikroskop auf Zellen. Die Zellkerne sind rot gefärbt. Mit viralen ... Weiter

Viren haben sich im der Laufe der Evolution optimal an ihre Wirtszellen ­angepasst und sind so ideale Überträger für Gene. Forscher und Ärzte setzen virale Nanopartikel als Gen-Taxi ein - z. B. in der Gentherapie oder zur Reprogrammierung von Körperzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS).

Die von Dr. Dr. Axel Schambach geleitete Arbeitsgruppe „Hematopoietic Cell Therapy" in der ­Abteilung für Experimentelle Hämatologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) im Exzellenzcluster REBIRTH (From Regenerative Biology to Reconstructive Therapy) konnte mit viralen Nanopartikeln gezielt und dosiert Proteine in Zellen einschleusen.

Mit der Methode kann kurzfristig das Zellverhalten gesteuert werden, ohne die Erbinformation der Zelle zu verändern. So konnten die Forscher um Prof. Christopher Baum, Leiter der Abteilung für Experimentelle Hämatologie, mit einem eingebrachten Schneide-Enzym die viralen Reprogrammierungsgene aus iPS-Zellen entfernen.

Neue zellbiologische Technik

Für die neue Technik verwenden die Forscher virale Nanopartikel - eine stark veränderte Form des murinen Leukemia-Virus (MLV) -, die keine Erbinformation mehr übertragen. Die Forscher züchten in Petrischalen die viralen Nanopartikel in Produzentenzellen heran. Dazu nutzen sie den natürlichen Produktionsweg der Viren. Um die Entstehung vermehrungs­fähiger Viren zu verhindern, wurden die viralen Gene für die Hülle, die Strukturproteine und optional auch das RNA-Genom getrennt auf drei Plasmiden in die Produzentenzellen eingebracht. Das Plasmid für die Strukturproteine konnte so modifiziert werden, dass die Zellen die fremden Proteine in die Partikel einbauen.

Anschließend „ernten" die Wissenschaftler die Partikel aus den Produzentenzellen und reinigen sie auf. Vor dem Eintritt in die Zelle setzen virale Enzyme die fremden Proteine im Viruspartikel frei. Die aufgereinigten Partikel können gezielt an die gewünschte Zelle andocken. Die Partikel zerfallen in der Zelle und die Proteine können somit ihr Ziel finden. Mit dieser Technik können größere Mengen Proteine gezielt in die Zelle geschleust werden, ohne hierfür das virale Genom zu benötigen. Man kann also das Zellverhalten steuern, ohne dort Erbinformation einzubringen.

Zudem können die Forscher beeinflussen, in welchen Zelltyp die Partikel ihre Proteine einschleusen.

Weiterer Einsatz der Methode

Diese Methode ist auch ein neuer Ansatz zur Herstellung von iPS-Zellen. Denn auf diese Weise gelang es, die zuvor mit dem Gen-Taxi für die Reprogrammierung künstlich eingebrachten Gene aus den Stammzellen wieder zu entfernen. Dazu wurde mit den Protein-Nanopartikeln ein DNA-Schneide-Enzym in den Zellkern eingeschleust. Dort schnitt das Enzym die Reprogrammierungsgene aus der DNA. Dies erhöht die Qualität der iPS-Zellen für Anwendungen in der Grundlagen- und Therapieforschung.

Literatur
[1] Voelkel C. et al.: PNAS (2010), vorab online veröffentlicht: doi: 10.1073/pnas.0914517107

Autor(en):
Prof. Dr. Christopher Baum

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Schlüsselwörter : DNA Drug Discovery Nano Pharma Stammzellen Zellbiologie

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