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In der regenerativen Medizin und beim Tissue engineering stellt die Verwendung von adulten Stammzellen eine vielversprechende Alternative zu embryonalen Stammzellen dar. Verschiedene Mechanismen wie Transdifferenzierung, Dedifferenzierung oder Zellfusion werden gegenwärtig als Grundlage der Plastizität/Reprogrammierbarkeit von adulten somatischen Zellen diskutiert. Wir haben kürzlich gezeigt, dass Monozyten aus peripherem Blut in vitro in verschiedene hochspezialisierte Zelltypen anderer histogenetischer Herkunft (Neo-Hepatozyten und Neo-Inselzellen) differenziert werden können, wenn sie zunächst für 6 Tage mit M-CSF+IL-3 kultiviert werden. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob dieser Zunahme an Plastizität eine (partielle) Dedifferenzierung zugrunde liegt.

Humane Blutmonozyten wurden in Medium mit M-CSF und IL-3 und/oder in verschiedenen Differenzierungsmedien kultiviert. In der FACS Analyse wurde die Expression membranständiger proliferationsassoziierter Antigene bestimmt, während die Expression von zytoplasmatischen und kernständigen Differenzierungsmarkern mit RT-PCR analysiert wurde. Die Proliferationsaktivität wurde mittels Zellzählung, [3H]-Thymidin-Einbau in die nukleäre DNA und durch Bestimmung der Aktivität der proliferationsassoziierten „Extracellular signal regulated kinase“ (ERK) im Western Blot ermittelt.

Zunächst haben wir den Einfluss von M-CSF+IL-3 auf die Fähigkeit der Monozyten untersucht, sich anschliessend in Hepatozyten- und Pankreas-beta-Zell-ähnliche Zellen zu differenzieren. Es zeigte sich, dass sich nur Monozyten, die für 6 Tage mit M-CSF+IL-3 stimuliert wurden, in Neo-Hepatozyten differenzieren liessen, nicht jedoch solche Monozyten, die direkt nach der Isolierung in Hepatozyten-Differenzierungsmedium kultiviert wurden oder zwischenzeitlich mit Kontrollmedium ohne M-CSF+IL-3 behandelt wurden. Als nächstes wurde die Proliferationsaktivität untersucht. Monozyten aus peripherem Blut sind postmitotisch, beginnen sich aber am dritten Tag der Kultur in M-CSF+IL-3-haltigem Medium, nicht jedoch in Kontrollmedium, erneut zu teilen. Diese Teilungsaktivität ging mit einer erhöhten Expression der Proliferations-/Stammzellmarker CD90 und CD123, einem gesteigerten [3H]-Thymidin-Einbau und einer ERK1-Aktivierung einher. Die wiedergewonnene Teilungsaktivität konnte durch retrovirale Transduktion der Monozyten mit einer M-CSF Rezeptor-Punktmutante (Y809F), in welcher spezifisch die proliferation-vermittelnde Funktion defekt ist, unterdrückt werden. Um zu testen, ob die Behandlung mit M-CSF+IL-3 in Monozyten eine Dedifferenzierung induziert, wurde die Expression der monopoietischen Marker ICSBP, PRDMI und PU.1 gemessen. Wir fanden, dass die Expression von ICSBP und PRDMI stark abnahm, während PU.1 über die 6-tägige Kultur konstant blieb.

Das Muster der Differenzierungsmarker und die wiedergewonnene Teilungsaktivität zeigen, dass sich mit M-CSF+IL-3 behandelte Monozyten in einem weniger differenzierten Zustand befinden und der gemeinsamen Vorläuferzelle von Monozyten und Granulozyten ähneln. Diese M-CSF+IL-3-induzierte Dedifferenzierung erhöht die Plastizität dieser Zellen und stellt eine Vorbedingung für die nachfolgende gewebsspezifische Differenzierung dar.