47. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

1. Genehmigungsinhaber(in)

Herr Professor Dr. Jürgen Hescheler, Institut für Neurophysiologie der Universität zu Köln

2. Zell-Linien

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

• H1 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H9 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H13 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• HES-1 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-2 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)

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

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Gegenstand der Forschungsarbeiten ist die Untersuchung der Rolle des humanen T-Zell-Leukämie-1a-Onkogens (T-cell leukemia/lymphoma 1a, Tcl1a) bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz humaner embryonaler Stammzellen. Zunächst soll dabei die Frage geklärt werden, zu welchen Veränderungen von hES-Zellen, insbesondere in deren globalem Expressionsmuster, die siRNA-vermittelte Ausschaltung von Tcl1a führt. Unter anderem sollen dabei Veränderungen im Muster der Oberflächenantigene und in der Zytokin-Expression analysiert werden. Für den Fall, dass die Hemmung der Tcl1a-Expression wie erwartet zur Differenzierung von hES-Zellen führt, soll überprüft werden, ob sich durch Transkomplementation mit humanem Tcl1a der ursprüngliche Phänotyp der hES-Zellen wiederherstellen lässt. Ferner sollen die Konsequenzen einer Überexpression von Tcl1a in hES-Zellen untersucht werden. Zudem ist geplant, Wechselwirkungen von Tcl1a mit anderen Proteinen in undifferenzierten ES-Zellen zu analysieren und dabei Wechselwirkungspartner des Tcl1-Proteins zu identifizieren und diese zu charakterisieren.

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 und des RKI hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Klärung der Fragestellung, welche Rolle Tcl1 (und hier insbesondere Tcl1a) bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz humaner embryonaler Stammzellen hat. Ergebnisse zu dieser Frage sind in der wissenschaftlichen Literatur bislang nicht publiziert worden. Im Forschungsvorhaben wird dazu ein Ansatz gewählt, bei dem die Expression des Tcl1a-Gens in hES-Zellen gehemmt und die betreffenden Zellen anschließend hinsichtlich ihres Phänotyps umfassend untersucht werden sollen. Dies soll zum einen Erkenntnisse darüber erbringen, ob Tcl1a überhaupt eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz humaner ES-Zellen spielt. Ein möglicherweise gegenüber nicht-modifizierten hES-Zellen verändertes Genexpressionsprofil könnte zum anderen Aufschluss darüber geben, ob die Expression anderer Gene von Tcl1a in hES-Zellen beeinflusst wird, und ggf. dazu beitragen, Gene zu identifizieren, deren Produkte ebenfalls an der Aufrechterhaltung von Pluripotenz beteiligt sein könnten. Dies und die vorgesehene Identifizierung und Charakterisierung von Wechselwirkungspartnern des Tcl1a-Proteins in hES-Zellen sollen dazu beitragen, die Mechanismen der Wirkung von Tcl1a in pluripotenten Zellen des Menschen aufzuklären. Insgesamt kann dies zu einem verbesserten Verständnis über Moleküle und Signalwege führen, die an der Aufrechterhaltung von Pluripotenz sowie der Induktion von Differenzierung in menschlichen ES-Zellen beteiligt sind. Daraus lassen sich unter Umständen auch Rückschlüsse auf zellbiologische Prozesse ziehen, die bei der frühen Embryonalentwicklung des Menschen eine Rolle spielen.

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.

Hinsichtlich der Rolle von Tcl1a bei der Aufrechterhaltung des pluripotenten Zustandes von ES-Zellen der Maus liegen mehrere Publikationen vor, aus denen sich Hinweise auf eine möglicherweise zentrale Rolle von Tcl1a für die Aufrechterhaltung der Pluripotent dieser Zellen ergeben. So konnte gezeigt werden, dass das Tcl1a-Gen in murinen ES-Zellen stark exprimiert wird und dass die Präsenz des Tcl1a-Genproduktes offenbar mit der Aufrechterhaltung des undifferenzierten Zustandes zusammenhängt. Die Hemmung der Expression des Tcl1a-Gens führte sowohl zu einer verminderten Proliferationsrate als auch zur Expression von Genen, deren Produkte mit Differenzierungsinduktion assoziiert sind. Ferner wurde gezeigt, dass Tcl1a ein wesentlicher Effektor von zwei Histon-Demethylasen ist und dass die Expression des Tcl1a-Gens der Regulation durch die Pluripotenzfaktoren Oct4 und Nanog unterliegt und dass Tcl1a direkt mit Oct4 assoziieren kann. Tcl1a wirkt ferner als Kofaktor der Proteinkinase Akt/PKB, die wiederum eine Effektor-Kinase im PI3-Kinase-Signalweg ist. Von diesem Signalweg ist bekannt, dass er auch an der Selbsterneuerung von ES-Zellen beteiligt ist. Insofern besteht die Möglichkeit, dass Tcl1a auch bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz von humanen ES-Zellen eine Rolle spielen könnte.

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

Die Notwendigkeit der Verwendung humaner Zellen ergibt sich zum einen aus der Tatsache, dass die Grundlagen für zelluläre Pluripotenz, an deren Aufrechterhaltung Tcl1a beteiligt sein könnte, in murinen und humanen ES-Zellen in vielerlei Hinsicht verschieden sind. Aus Untersuchungen an murinen ES-Zellen, aber auch an ES-Zellen anderer Spezies ließen sich daher voraussichtlich keine oder nur bedingt Rückschlüsse auf die Beteiligung von Tcl1a an der Aufrechterhaltung der Pluripotenz menschlicher ES-Zellen ziehen. Zum anderen bestehen gerade zwischen Maus und Mensch erhebliche Unterschiede in der Expression der Tcl1-Gene. In der Maus existieren – im Gegensatz zum Menschen – mehrere Isoformen von Tcl1b, die eine hohe Homologie zu Tcl1a aufweisen und offenbar den Verlust von aktivem Tcl1a kompensieren können. Die gezielte Ausschaltung der Expression des Tcl1a-Gens ist aber gerade Voraussetzung für die hier geplanten Untersuchungen. Im menschlichen System existiert hingegen nur eine Variante von Tcl1b, die zudem nur eine relativ geringe Homologie zu Tcl1a aufweist und eine Hemmung der Tcl1a-Expression voraussichtlich nicht kompensieren kann. Für die Erreichung des Projektziels ist die Verwendung humaner Zellen folglich unabdingbar.

Überdies besteht das Projektziel darin, zu klären, welche Rolle Tcl1a bei der Aufrechterhaltung von Pluripotenz hat. Dies erfordert die Verwendung von pluripotenten Zellen. Dies sind nach gegenwärtigem Kenntnisstand zunächst embryonale Stammzellen. Zudem ist bislang nicht bekannt, ob Tcl1a in verschiedenen Zelltypen auf dieselbe Art und Weise wirkt. Humanes Tcl1a konnte bislang nur in wenigen humanen Zelltypen nachgewiesen werden, vorrangig in bestimmten Vorläuferzellen des Immunsystems. Fraglich ist dabei, ob jene Signalwege, in die Tcl1a während der frühen B- und T-Zell-Entwicklung eingreift, mit denen identisch sind, in die es ggf. bei der Aufrechterhaltung von Pluripotenz humaner ES-Zellen involviert ist. Sollte zudem in menschlichen Zellen eine ähnliche Situation wie in der Maus vorliegen, ist die Expression von Tcl1a in anderen als den genannten frühen Vorläuferzellen abgeschaltet, so dass an anderen menschlichen Zellen keine Untersuchungen der Rolle von Tcl1a stattfinden können. Insofern erfordert die Durchführung des Forschungsvorhabens die Verwendung humaner embryonaler Stammzellen.

Auch ein Einsatz von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) anstelle von hES-Zellen ist zur Erreichung der Projektziele nicht möglich. Zum einen ist bislang nicht vollständig geklärt, ob und inwieweit die Mechanismen der Aufrechterhaltung von Pluripotenz, beispielsweise die daran beteiligten Moleküle und Signalwege, in hiPS- und hES-Zellen identisch sind. Somit ließen sich aus Untersuchungen zur Rolle von Tcl1a in hiPS-Zellen voraussichtlich keine oder nur bedingt Rückschlüsse auf eine mögliche Beteiligung dieses Faktors an der Aufrechterhaltung von Pluripotenz in hES-Zellen ziehen. Andererseits ist derzeit nicht geklärt ist, ob und inwiefern die Präsenz von mehreren potentiellen Onkogenen, die zum Zwecke der Reprogrammierung in somatische Zellen eingebracht wurden und in hiPS-Zellen weiterhin vorhanden sind, eine im Vergleich zu hES-Zellen andere Situation hinsichtlich der Mechanismen der Aufrechterhaltung von Pluripotenz zur Folge haben könnte.

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