Navigation und Service

Zielgruppeneinstiege

70. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 02.02.2012.

1. Genehmigungsinhaber(in)

Herr Prof. Dr. Axel Methner, Universitätsklinikum Düsseldorf

2. Zell-Linien

Die vorgesehenen Forschungsarbeiten erfolgen unter Verwendung der folgenden humanen embryonalen Stammzell-Linien:

  • H1 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H7 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • HUES1 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES2 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES4 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES7 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES10 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)

Die Genehmigung gilt auch für die Einfuhr und Verwendung von Sub-Linien (z.B. von klonalen Sub-Linien oder genetisch modifizierten Derivaten) der genannten humanen embryonalen Stammzell-Linien.

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Gegenstand der genehmigten Arbeiten unter Verwendung von hES-Zellen ist die Untersuchung der Fragestellung, auf welche Art und Weise das Protein GDAP1 (ganglioside-induced differentiation associated protein 1) neuronale Zellen vor oxidativem Stress schützt. Diese Frage soll durch Untersuchungen an aus hES-Zellen gewonnenen Motoneuronen geklärt werden. Es soll insbesondere geprüft werden, welche Konsequenzen eine verminderte Expression des Gens für GDAP1 bzw. das Auftreten von mutierten Formen dieses Proteins für den Glutathion-Stoffwechsel der Zelle sowie für die Aktivität der Mitochondrien haben und ob und inwieweit ein verminderter Schutz vor oxidativem Stress für die Pathogenese der erblich bedingten Polyneuropathie Charot-Marie-Tooth Type 4a (CMT4A) maßgeblich ist, die mit Mutationen im GDAP1-Gen einhergeht. Die Untersuchungen sollen dazu beitragen, ein zellbasiertes Krankheitsmodell für CMT4A zu etablieren.

Im Rahmen der geplanten Forschungsarbeiten sollen hES-Zellen zunächst in Motoneuronen differenziert werden. Die Zellen sollen entweder vor oder nach erfolgter Differenzierung genetisch so verändert werden, dass sie eine mutierte Form von GDAP1 enthalten; alternativ soll die Expression des Gens für GDAP1 in Motoneuronen unterdrückt werden. Die genetisch veränderten Motoneuronen sollen dann detailliert bezüglich der Funktion von GDAP1 analysiert werden. Dies schließt neben der Untersuchung der Wirkungen von oxidativem Stress auf die Überlebensfähigkeit der Zellen beispielweise Analysen von Veränderungen im zellulären Glutathion-Gehalt, im mitochondrialen Membranpotential und in der Produktion reaktiver Sauerstoff-Spezies ein. Die Arbeiten sollen auch vergleichend zwischen hES- und humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) durchgeführt werden.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten an hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (ZES) und des RKI hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung sowie der Erweiterung von Kenntnissen bei der Entwicklung diagnostischer, präventiver oder therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Es ist bekannt, dass die Überexpression des Gens für GDAP1 zu einer erhöhten Resistenz gegenüber oxidativem Stress führt, während eine verminderte Expression eine verstärkte Anfälligkeit der Zellen gegen oxidative Schädigung zur Folge hat. Der Schutz vor oxidativem Stress wird dabei offenbar durch einen veränderten Glutathion-Metabolismus sowie durch eine Veränderung der mitochondrialen Membranpotentiale vermittelt. Die genehmigten Arbeiten sollen klären helfen, welche dieser zellulären Prozesse, die im Zusammenhang mit dem Schutz vor oxidativer Schädigung stehen, in menschlichen Motoneuronen durch GDAP1 beeinflusst werden. Der Fokus ist dabei auf die Untersuchung möglicher Veränderungen im zellulären Glutathion-Gehalt, im mitochondrialen Membranpotential, im Kalzium-Gehalt der mitochondrialen Matrix sowie der Produktion mitochondrialer Superoxide und der Bildung reaktiver Sauerstoff-Spezies gerichtet, die sich infolge einer verminderten Expression des Gens für GDAP1 bzw. infolge der Expression einer mutierten Form dieses Proteins ergeben. Die Untersuchungen können neue Erkenntnisse über die Funktion von GDAP1 in menschlichen Motoneuronen erbringen, was als wesentlicher Beitrag zur Klärung von Fragestellungen der Grundlagenforschung angesehen wird.

Die genehmigten Forschungsarbeiten sollen ferner dazu beitragen, mögliche Mechanismen der Entstehung von CMT4A aufzuklären. CMT4A ist eine schwere und derzeit unheilbare autosomal-rezessiv vererbte Polyneuropathie. Im Rahmen des Projektes soll geklärt werden, auf welche Art und Weise die bei CMT4A beobachteten Mutationen des Gens für GDAP1 den für die Erkrankung typischen pathologischen Phänotyp in Motoneuronen vermitteln. Auf Grundlage von Untersuchungen an tierischen Zellen wird vermutet, dass eine verminderte GDAP1-Aktivität zu einer Verkleinerung des Glutathion-Pools der Zelle sowie zu einer verstärkten Produktion reaktiver Sauerstoff-Spezies und damit zu einer erhöhten Anfälligkeit der Zellen gegenüber oxidativem Stress führt, was in Verbindung mit einem verminderten mitochondrialen Membranpotential eine Degeneration der Zellen des peripheren Nervensystems verursacht. Diese These soll für das humane System im Rahmen der genehmigten Forschungsarbeiten bestätigt werden. Die Untersuchungen könnten somit zur Aufklärung des Pathogenesemechanismus von CMT4A in humanen Motoneuronen beitragen. Im Ergebnis des Forschungsvorhabens könnte zudem ein zelluläres Modellsystem für CMT4A zur Verfügung stehen, an dem weitere für CMT4A typische zelluläre Prozesse untersucht und mit dessen Hilfe Substanzen zur Behandlung dieser Krankheit identifiziert und bezüglich ihrer molekularen Wirkmechanismen untersucht werden könnten. Somit ist das genehmigte Forschungsvorhaben bezüglich seiner Zielstellungen auch für die Schaffung von Grundlagen für neue medizinische Verfahren zur Anwendung beim Menschen von Relevanz.

5. Notwendige Vorarbeiten und Erforderlichkeit der Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen für die mit dem Vorhaben verfolgten Fragestellungen

Im Antragsverfahren wurde dargelegt, dass das Projekt in allen wesentlichen Punkten ausreichend vorgeklärt und die Nutzung humaner ES-Zellen gerechtfertigt ist.

Wesentliche Fragen nach der Funktion von GDAP1 in der Vermittlung von Resistenz gegen oxidativen Stress wurden vom Genehmigungsinhaber selbst in Untersuchungen an tierischen Zellen vorgeklärt. Es wurde beispielsweise gezeigt, dass die Überexpression des Gens für GDAP1 Resistenz gegen Glutathion-Mangel vermittelt, während mutiertes GDAP1 keine entsprechenden Effekte hatte. Zudem wurde ein positiver Einfluss der Expression von GDAP1 auf das mitochondriale Membranpotential nachgewiesen, während die mitochondriale Kalziumaufnahme sowie die Produktion reaktiver Sauerstoff-Spezies vermindert waren. Ein knockdown der Expression von GDAP1 in murinen neuralen Zellen führte entsprechend zu verstärkter Anfälligkeit der Zellen gegenüber oxidativem Stress. Ferner wurde die Beteiligung von GDAP1 an der Funktion von mitochondrialen Netzwerken in tierischen Zellen gezeigt.

Es wurde ferner dargelegt, dass die Differenzierung von hES-Zellen zu Motoneuronen bereits mehrfach in der Literatur beschrieben worden ist, so dass eine weitere Vorklärung dieser Fragestellung an tierischen Zellen hier nicht mehr notwendig ist. Die zum Einsatz kommenden Methoden zur genetischen Veränderung von Zellen sowie die Methoden zur Analyse des Einflusses von GDAP1 auf die hier interessierenden zellulären Prozesse sind ebenfalls etabliert und die Vorgehensweisen und Ergebnisse in der Literatur beschrieben worden.

Im Antragsverfahren wurde ferner dargelegt, dass sich der mit dem Forschungsvorhaben angestrebte Erkenntnisgewinn voraussichtlich nur unter Verwendung von hES-Zellen erreichen lässt.

Gegenstand der genehmigten Arbeiten ist die Untersuchung der Fragestellung, ob und auf welche Art und Weise GDAP1 Resistenz gegenüber oxidativem Stress in menschlichen Motoneuronen vermittelt und in welchem Maße die für CMT4A typischen Mutationen des GDAP1-Gens diese Resistenzvermittlung beeinträchtigen. Wesentliche Fragen des Projektes sind bereits unter Verwendung tierischer Zellen untersucht worden. Im genehmigtenn Vorhaben sollen diese Ergebnisse in einem menschlichen Zellmodell, das Relevanz für die beim Menschen auftretende Erkrankung hat, überprüft und ggf. vertieft werden. Dies erfordert die Verwendung menschlicher Zellen.

Die Forschungsziele lassen sich nach derzeitigem Kenntnisstand voraussichtlich nicht unter Verwendung anderer menschlicher Stammzellen erreichen. Adulte neuronale Stammzellen des Menschen lassen sich derzeit nicht in der zur Durchführung des Projektes benötigten Quantität isolieren, sind in Kultur nicht zu den für die Projektdurchführung notwendigen Mengen vermehrbar und müssten folglich, um in für die Durchführung des Forschungsprojektes ausreichender Menge verfügbar zu sein, mehrfach isoliert werden, wodurch die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der genutzten Zellen und damit die Reproduzierbarkeit der Forschungsergebnisse nicht gewährleistet wäre. Zudem können humane neuronale Stammzellen in vitro derzeit nicht zu funktionalen Motoneuronen differenziert werden. Aus ähnlichen Gründen kann derzeit auch nicht davon ausgegangen werden, dass die Erreichung der Forschungsziele unter Nutzung fötaler Stammzellen des Menschen, die aus abgetriebenen Föten stammen, möglich ist. Durch Immortalisierung von fötalen Stammzellen gewonnene Zell-Linien sind aufgrund der Expression von (transgenen) Onkogenen und damit verbundenen Unwägbarkeiten in den Eigenschaften der Zellen sowie des Fehlens von Daten bezüglich ihrer Fähigkeit, in vitro in funktionale Motoneuronen zu differenzieren, ebenfalls nicht für die Erreichung der formulierten Forschungsziele geeignet.

Die Forschungsziele sind nach derzeitigem Kenntnisstand auch nicht durch eine ausschließliche Verwendung von hiPS-Zellen zu erreichen. Bislang liegen in der Literatur nur vereinzelt Ergebnisse über die Fähigkeit von hiPS-Zellen vor, sich in Motoneuronen differenzieren zu lassen. Dabei zeigten hiPS-Zellen ein deutlich geringeres Potential als hES-Zellen zur Neuralisierung, d. h. zur Differenzierung in die neuralen Linien. Die Frage, ob hES- und hiPS-Zellen in gleicher Weise zur Differenzierung in Motoneuronen befähigt sind, ist zudem derzeit unbeantwortet. Diese Frage soll im Rahmen des genehmigten Forschungsvorhabens u.a. erst geklärt werden, was nicht unter ausschließlicher Verwendung von hiPS-Zellen erreicht werden kann, sondern auch die Nutzung von hES-Zellen erfordert.

Stand: 02.02.2012

Gesundheitsmonitoring

In­fek­ti­ons­schutz

Forschung

Kom­mis­sio­nen

Ser­vice

Das Robert Koch-Institut ist ein Bundesinstitut im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Gesundheit

© Robert Koch-Institut

Alle Rechte vorbehalten, soweit nicht ausdrücklich anders vermerkt.