Das WIN-Kolleg

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biologischen Prozesse vorherzusagen und zu extrapolieren, wie sich ein System
unter anderen Bedingungen verhält. Diese interaktive und iterative Verknüpfung
von Modell und Experiment nutzen wir, um wesentliche Mechanismen der Alte-
rung und der Regenration und Selbstorganisation von Stammzellsystemen her-
auszuarbeiten.
2. Ergebnisse
2.1. Analyse der zellulären Seneszenz in vitro
Die Verwendung von MSC im Rahmen der regenerativen Medizin setzt eine Isola-
tion und Expansion der Zellen durch in vitro Kultur voraus. Dabei unterliegen MSC
ebenso wie alle anderen primären Zellen dem Prozess der replikativen Seneszenz
(zelluläres Altern). Wir konnten zeigen, dass dieser Prozess neben morphologischen
Veränderungen auch das osteogene und adipogene Differenzierungspotenzial von
MSC beeinträchtigt. Um die molekularen Veränderungen der in vüro-Seneszenz
zu untersuchen, haben wir Genexpressionsprofile von mesenchymalen Stammzellen
aus frühen und seneszenten Passagen mittels Oligonucleotid-Microarrays
(U133_Plus_2.0; Affymetrix, High Wycombe, UK) untersucht. Dabei konnten wir
globale Unterschiede im Genexpressionsmuster nachweisen und diese mittels quan-
titativer Real-Time-PCR verifizieren. Zudem konnten wir zeigen, dass diese Senes-
zenz-assoziierten Veränderungen kontinuierlich verlaufen und sich in Proben von
verschiedenen unabhängigen Spendern reproduzieren lassen. Vor allem Gene mit
einer Beteiligung am Zell-Zyklus, an der DNA-Replikation und DNA-Reparatur
zeigten sich in den seneszenten MSC herunterreguliert10.
Des Weiteren haben wir die Veränderungen im Rahmen der Seneszenz auch
auf Ebene der microRNAs untersucht und konnten zeigen, dass in den MSC fünf
microRNAs (hsa-mir-371, hsa-mir-369-5p, hsa-mir-29c, hsa-mir-499 and hsa-let-
7f) im Verlauf der replikativen Seneszenz hochreguliert werden10. Erste funktionelle
Untersuchungen weisen daraufhin, dass die microRNAs hsa-mir-371 und hsa-mir-
369-5p die adipogene Differenzierung von MSC beeinflussen können und hsa-mir-
371 und hsa-mir-29c die Genexpression von de novo DNA Methyltransferasen
signifikant verändern. Diese Ergebnisse zeigen, dass auch microRNAs am Prozess der
replikativen Seneszenz beteiligt sind und in diesem Rahmen möglicherweise die
Differenzierung von MSC über epigenetische Modifikation regulieren.
2.2. Altersabhängige Genexpressionsprofile in MSC und HSC
Genomweite Vergleiche der mRNA-Expressionsprofile von mesenchymalen und
hämatopoetischen Stammzellen von jungen und alten Spendern wurden mittels
Microarrays untersucht. Dazu wurden HSC von Spendern unterschiedlichen Alters
(0—70 Jahre) nach Spendereinverständnis aus dem Nabelschnurblut (CB), aus mobi-
lisiertem Peripherblut (PB) oder aus Knochenmark (BM) isoliert und anschließend
die CD34 Zellfraktion mittels AutoMACS Systems und durchflusszytometrischer
Zellsortierung angereichert. Die MSC wurden entweder aus dem Knochenmark