Der Mensch ist so alt wie seine Stammzellen
Adulte (oder somatische) Stammzellen gewährleisten zeitlebens die Regeneration entsprechender Gewebe, weshalb insbesondere diese körpereigenen Stammzellen für das Altern des Gesamtorganismus verantwortlich sind. Blutstammzellen (HSC) und mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen zwei Typen multipotenter Stammzellen dar, wobei insbesondere HSC auch erfolgreich für klinische Anwendungen eingesetzt werden. Ziel des Projekts war es, altersbedingte Veränderungen in HSC und MSC zu untersuchen und anhand von mathematischen Modellen nachzuvollziehen. Im Zentrum stand die Hypothese, dass epigenetische Programmierungen in erheblichem Maße diese Alterungsprozesse determinieren. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Kliniken, einer naturwissenschaftlichen Forschungseinrichtung und dem Institut für angewandte Mathematik erlaubte die Integration medizinischer, biologischer und mathematischer Aspekte für eine umfassende Untersuchung aus verschiedenen Blickwinkeln. Dabei wurde davon ausgegangen, dass die biologischen Mechanismen des menschlichen Lebenszyklus weniger auf der zufälligen Akkumulation von Fehlern im Zellstoffwechsel beruhen, sondern im Rahmen eines sinnvollen und determinierten „Alterungsprogramms“ in unseren Stammzellen vorgegeben sind. Die Ergebnisse der Arbeiten zeigten einen Zusammenhang zwischen der replikativen Seneszenz und einer kontinuierlichen Veränderung ihres Stammzellpotentials sowie des mRNA- und miRNA‐Expressionsprofils. Stammzellen aus verschieden alten Menschen wiesen Unterschiede in Methylierung und Genexpression auf. Unter Anwendung der entwickelten mathematischen Modelle zeigte sich die Vereinbarkeit lebenslanger Hämatopoese mit einer Beschränkung auf 50 Zellteilungen sowie mögliche Veränderungen des Verhältnisses von Stamm‐ und Vorläuferzellen.
Im Projekt entstandene Publikationen:
- Cholewa D., Stiehl T., Schellenberg A., Bokermann G., Joussen S., Koch C., Walenda T., Pallua N., Marciniak-Czochra A., Suschek C.V., Wagner W. (2011). Expansion of adipose mesenchymal stromal cells is affected by human platelet lysate and plating density. Cell Transplant 20(9): 1409–1422.
- Bork S., Horn P., Castoldi M. (2010). Adipogenic Differentation of Humane Mesenchymal Stromal Cells is Down-Regulated by microRNA-369-5p and Up-Regulated by microRNA-371. J. Cell Physiol. Dec. 6.
- Bork S., Pfister S., Witt H., Horn P., Korn B., Ho A.D., and Wagner W. (2010). DNA Methylation Pattern Changes upon Long-‐Term Culture and Aging of Human Mesenchymal Stromal Cells. Aging Cell 9: 54–63.
- Marciniak-Czochra A. (2009). Mathematical Models of Stem Cells Renewal and Differentiation. Oberwolfach Reports 2.
- Marciniak-Czochra A., Stiehl T., Wagner W. (2009). Modeling of Replicative Senescence in Hematopoietic Development. AGING 1: 723–732.
- Wagner W., Bork S., Horn P. (2009). Aging and replicative senescence have related effects on human stem and progenitor cells. PLoS ONE 4: e5846.
- Horn P., Bork S., Diehlmann A., Walenda T., Eckstein V., Ho A.D., Wagner W. (2008). Isolation of human mesenchymal stromal cells is more efficient by red blood cell lysis. Cytotherapy 10: 676–685.
- Marciniak-Czochra A., Stiehl T., Ho. A.D.,Jaeger W. and Wagner W. (2008). Modeling asymmetric cell division in hematopietic stem cells – regulation of self-‐renewal is essential for efficient repopulation. Stem Cells Dev. 17: 1–10.
- Wagner W., Horn P., Bork S., Ho A.D. (2008). Aging of hematopoietic stem cells is regulated by the stem cell niche. Exp. Gereontol. 43: 974–980.
- Wagner W., Horn P., Castoldi M., Diehlmann A., Bork S., Saffrich R., Benes V., Blake J., Pfister S., Eckstein V., Ho A.D. (2008). Replicative Senescence of Mesenchymal Stem Cells – a Continuous and Organized Process. PLoS ONE 3(5): e2213.
KollegiatInnen:
- Dr. Simone Bork
- Dr. Anna Marciniak-Czochra
- PD Dr. Stefan Pfister
Assoziierter Projektpartner:
Prof. Dr. Dr. Wolfgang Wagner