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Zielgruppeneinstiege

95. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 29.04.2014

1. Genehmigungsinhaberin

Frau PD Dr. Christine Blattner, Karlsruher Institut für Technologie

2. Zell-Linien

Die genehmigten 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)
  • HES-6 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
  • HS181 (Karolinska-Institut, Stockholm, Schweden)
  • HS401 (Karolinska-Institut, Stockholm, Schweden)
  • HS415 (Karolinska-Institut, Stockholm, Schweden)
  • HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • NCL-4 (Newcastle Fertility Centre, Newcastle upon Tyne, Großbritanninen)
  • Shef-3 (University of Sheffield, Großbritannien)

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

Ziel der genehmigten Forschungsarbeiten unter Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) ist es, die Rolle von p53 in hES-Zellen und in deren frühen differenzierten Derivaten besser als bislang zu verstehen und die Ursachen bekannter Unterschiede in der Funktion von p53 in murinen und humanen ES-Zellen aufzuklären. Dazu soll durch RNA-Sequenzierung bestimmt werden, welche Gene nach siRNA-abhängiger Repression des p53-Gens in hES-Zellen sowie nach Induktion früher Differenzierung eine veränderte Expression aufweisen und folglich ggf. durch p53 reguliert werden. Ferner sollen die Konformation von p53 in hES-Zellen und in aus diesen abgeleiteten Zellen unter verschiedenen Bedingungen ermittelt und die Fähigkeit des jeweils vorliegenden p53-Proteins untersucht werden, an bekannte Interaktionspartner zu binden. Weiterhin soll der Effekt der Hemmung der p53-Genexpression auf das Proliferationsverhalten von hES-Zellen ermittelt und der isoelektrische Punkt von p53 in hES-Zellen und aus diesen differenzierten Zellen bestimmt werden.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten unter Verwendung von hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung und des RKI vornehmlich hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn für die Grundlagenforschung. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

p53 spielt eine wesentliche Rolle bei der Regulation des Zellzyklus in humanen Zellen. Zur Funktion von p53 in hES-Zellen liegen bereits mehrere Studien vor, die aber teils uneinheitliche Befunde lieferten. Offenbar spielt p53 aber eine erhebliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz von hES-Zellen sowie bei deren Übergang zur Differenzierung. Insgesamt besteht gegenwärtig noch erheblicher Forschungsbedarf zur Frage, auf welchen Wegen p53 nach Differenzierungsinduktion bzw. nach DNA-Schädigung die Expression seiner Zielgene in hES-Zellen steuert. Im genehmigten Forschungsvorhaben soll zunächst überprüft werden, welche Gene nach Differenzierung von hES-Zellen mit Retinsäure durch p53 aktiviert werden. Dabei sollen undifferenzierte hES-Zellen mit Zellen verglichen werden, in denen die p53-Expression mittels siRNA reprimiert wurde. Insbesondere soll untersucht werden, ob und inwieweit die Konformation des in hES-Zellen befindlichen p53 bzw. eine Konformationsänderung ggf. für die Aktivität von p53 bedeutsam sein könnte. Dies soll neue Informationen über durch p53 regulierte Gene in hES-Zellen und in aus diesen abgeleiteten Zellen sowie Aufschluss darüber erbringen, ob die Konformation von p53 in hES-Zellen eine Rolle für dessen Aktivität in hES-Zellen spielt. Dies soll zu einem besseren Verständnis darüber beitragen, ob und wie p53 an der Regulation von Pluripotenz und früher Differenzierung in hES-Zellen beteiligt ist.

Ferner sollen Fragen danach geklärt werden, in welcher Konformation von p53 in pluripotenten hES-Zellen und in aus hES-Zellen differenzierten Zellen vorliegt, ob und inwieweit p53 die Proliferationsrate von hES-Zellen beeinflusst und ob sich das in hES-Zellen bzw. in aus hES-Zellen differenzierten Zellen auftretende p53-Protein ggf. hinsichtlich seines isoelektrischen Punktes unterscheidet. Diese Untersuchungen sollen zum einen klären, ob die Hypothese der Antragstellerin zutreffend ist, nach der p53 in hES-Zellen (überwiegend) in einer für ein mutiertes Protein typischen Konformation vorliegt und ob im Zuge der Differenzierungsinduktion ggf. ein Konformationswechsel erfolgt, was zum Verständnis der Frage beitragen soll, auf welchem Wege die Aktivität von p53 in hES-Zellen und in sich aus diesen differenzierenden Zellen reguliert wird. Zum anderen sollen die Untersuchungen eine Bestätigung dafür erbringen, dass die Proliferation von hES-Zellen durch p53 gehemmt wird, und Hinweise auf mögliche Ursachen einer veränderten Funktion von p53 nach der Differenzierung von hES-Zellen ergeben, was zu neuen Erkenntnissen über die Regulation von p53 beim Übergang vom pluripotenten in den frühen differenzierten Zustand führen soll.

Es ist in der wissenschaftlichen Literatur gut etabliert, dass der ARF/p53-Signalweg ein Hindernis für eine effiziente Reprogrammierung somatischer Zellen darstellt und dass Zellen mit einem entsprechend deregulierten Signalweg einer Reprogrammierung deutlich besser zugänglich sind als Zellen mit funktionell aktivem p53. Die im genehmigten Forschungsvorhaben angestrebten neuen Erkenntnisse über die Rolle von p53 in hES-Zellen können daher ggf. auch von Bedeutung für ein besseres Verständnis der Biologie induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPS-Zellen) sowie der molekularen Grundlagen der Reprogrammierung sein.

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

Im Antragsverfahren wurde dargelegt, dass die im Forschungsvorhaben zu klärenden wissenschaftlichen Fragestellungen vorgeklärt sind.

In der wissenschaftlichen Literatur liegen zahlreiche Studien zur Funktion von p53 in murinen embryonalen Stammzellen (mES-Zellen) vor. Die Genehmigungsinhaberin selbst hat eigene Beiträge über bestimmte Eigenschaften von p53 in mES-Zellen sowie über durch p53 regulierte Gene geleistet, die teilweise bereits publiziert sind und deren Relevanz für humane ES-Zellen nun untersucht werden soll. So wurde durch die Genehmigungsinhaberin beispielsweise die (überwiegende) Lokalisation von p53 im Zellkern muriner ES-Zellen nachgewiesen. Es wurde ferner gezeigt, dass ein knock out von p53 keinen Einfluss auf die Proliferation dieser Zellen hat und dass die p53-Funktion in diesen Zellen zum großen Teil durch das Protein MdmX reguliert wird, das in mES-Zellen mit p53 assoziiert ist.

Auch weitere im genehmigten Forschungsvorhaben zu klärende Fragestellungen, für die hES-Zellen verwendet werden sollen, sind durch die Genehmigungsinhaberin selbst bereits unter Verwendung muriner ES-Zellen untersucht worden. Dies betrifft die Identifizierung von Zielgenen von p53 mittels RNA-Sequenzierung sowie den Nachweis einer p53-Fraktion mit neutralen isoelektrischem Punkt in mES-Zellen, die in aus mES-Zellen differenzierten Zellen nicht oder nur sehr geringfügig auftrat. Die im Zentrum der genehmigten Forschungsarbeiten stehende Frage nach der Konformation von p53 in hES-Zellen und in aus diesen differenzierten Derivaten sowie nach deren möglicherweise unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften wurde ebenfalls bereits in mES-Zellen untersucht, wobei die Retinsäure-induzierte Differenzierung zu einem Konformationswechsel des p53-Proteins und zur Verminderung der Apoptoserate in sich differenzierenden Zellen führte.

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

Die geplanten Untersuchungen zielen auf die Aufklärung spezifischer Eigenschaften und Funktionen des p53-Proteins in hES-Zellen. Bislang publizierte Erkenntnisse lassen auf eine wesentliche Rolle von p53 bei der Aufrechterhaltung des undifferenzierten Zustandes in hES-Zellen sowie beim Übergang vom pluripotenten Stadium in einen Zustand früher Differenzierung schließen. Aufrechterhaltung von Pluripotenz und Induktion früher Differenzierung werden aber in pluripotenten Stammzellen verschiedener Spezies bekanntermaßen unterschiedlich reguliert, so dass Untersuchungen an (Stamm)Zellen anderer Spezies als des Menschen nur bedingt Rückschlüsse auf die entsprechenden Prozesse in menschlichen Zellen zulassen würden. Zudem sind bereits wesentliche Unterschiede insbesondere zwischen murinen und humanen ES-Zellen bezüglich der p53-Aktivität infolge von Differenzierungsstimuli oder zellulärem Stress beschrieben worden. Die Erreichung der Zielstellungen des Forschungsvorhabens erfordert folglich menschliche Zellen.

Auch Untersuchungen an anderen als pluripotenten Stammzellen des Menschen (beispielsweise somatischen Zellen, adulten Vorläuferzellen, Zellen aus abgetriebenen Föten etc.) lassen voraussichtlich keine Schlüsse auf die spezifische Funktion von p53 in hES-Zellen zu. Die Regulation des Zellzyklus weist in hES-Zellen erhebliche Unterschiede zu anderen menschlichen Zelltypen auf. Zudem haben die genannten Zelltypen das Stadium früher Differenzierung, das hier ebenfalls untersucht werden soll, bereits durchschritten. Folglich erfordert die Erreichung der Forschungsziele die Verwendung humaner pluripotenter Stammzellen. Ferner gibt es keine Belege dafür, dass sich die Forschungsziele unter Verwendung von hiPS-Zellen erreichen ließen. Es ist in der Literatur im Gegenteil gut etabliert, dass der ARF/p53-Signalweg gerade eine wesentliche Barriere für die Reprogrammierung somatischer Zellen des Menschen darstellt und dass die Blockierung dieses Signalweges zu einer erheblich höheren Reprogrammierungseffizienz führt. Die Frage, ob und inwieweit die p53-Funktion in hiPS-Zellen von jener in hES-Zellen abweicht, ist zudem derzeit nicht ausreichend geklärt.

Stand: 29.04.2014

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