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KIT Wissen

Der Thalamus - zentrale Schnittstelle zwischen Welt und Bewusstsein

am 26. und 27. Januar 2012

Moderation: Thomas Simon

Reparatur im Gehirn

Er liegt im Zentrum des Gehirns und ist noch ein weißer Fleck auf der Landkarte der Neurologen. Der Thalamus bildet die Schnittstelle zwischen den aus dem Körper eintreffenden Sinneseindrücken und dem in der Großhirnrinde lokalisierten Bewusstsein. Die zentrale Lage ist der Grund, warum der Thalamus bei Gehirnschlägen sehr oft in Mitleidenschaft gezogen wird und ausfällt.

Für die Genetiker am Institut für Toxikologie und Genetik des KIT ein Grund mehr sich mit diesem deutlich von anderen Hirnbereichen abgegrenzten Areal zu beschäftigen. Durch die Erforschung der Gehirnentwicklung des Zebrafisches gelang es ihnen jetzt, zwei wichtige genetische Faktoren zu identifizieren, die die Spezialisierung von Zellen für die Thalamusfunktionen auslösen. Dr. Steffen Scholpp, Teamleiter am ITG ist optimistisch, dass am KIT entwickelte Nanomaterialien künftig zur Züchtung von Ersatz-Thalamuszellen eingesetzt werden können.

http://www.kit.edu/besuchen/pi_2011_8614.php

 

Collaboration of Civilizations

Gestürzte Könige sind auf die neuen Herrscher schlecht zu sprechen. Galten die Geisteswissenschaften einst als die Königsdisziplinen, stehen sie in einer von Technik und Naturwissenschaft dominierten Welt in Gefahr an den Rand gedrängt zu werden. Da muss man das verbliebene Revier verteidigen. Etwa, wenn die Hirnforschung in den Forschungsfeldern der Philosophie und Pädagogik zu wildern drohen.

Inzwischen aber scheint sich das Verhältnis zu entspannen. Interdisziplinarität lautet das Gebot der Stunde. Gemeinsam sind wir stark. Das ist jedenfalls der Eindruck den Radio KIT Reporter Friedemann Dupelius vom Besuch der vom Institut für Literaturwissenschaft des KIT ins Leben gerufenen Vorlesungsreihe "Technikreflexionen der Geisteswissenschaften" mitbringt.

Der Medaka, auchJapanischer Reisfischoder Reiskärpfling(Oryzias latipes) ist ein südostasiatischer Fisch aus der Familie der Reisfische(Adrianichthyidae), der alsAquarienfisch undModellorganismus in der biologischen Forschung von Bedeutung ist.

 

Forschung am Fischauge

Über den Medakafisch erhoffen sich KIT-Wissenschaflter auch Aufschluss über menschliche Stammzellen. Sie konnten nachweisen, dass die Retina-Stammzellen bei diesem Fisch mehr als nur eine Zelle nachbilden können. Das bedeutet, dass eine einzige Stammzelle unterschiedliche Nachkommen für die jeweilige Umgebung generieren kann. Die Retina-Stammzellen sind also universell einsetzbar.

Diese Erkenntnis hat das Team aus Professoren der Uni Heidelberg und des KIT durch dauerhafte genetische Zellmarkierung beim Medakafisch erreicht. In unserer Sendung wird Professor Joachim Wittbrodt erklären, wie die Forschungsgruppe das genau gemacht hat und welche Möglichkeiten sich für den Menschen daraus ergeben.

 

Centre for Organismal Studies

Heidelberger Forscher untersuchen Retina des Medaka-Fisches mit dauerhafter genetischer Zellmarkierung

Durch Einzelzelltransplantation aus vier verschiedenen genetisch markierten Fischlinien (rechts) wurde eine Retina mit mehreren, verschieden markierten Arched Continuous Stripes (ArCoS) erzeugt. Die konzentrischen Schichten in jedem einzelnen ArCoS stellen alle verschiedenen Zelltypen der Retina dar. Zur Orientierung: Das Fischauge wird von der Seite betrachtet, und die weiße runde Struktur in der Mitte ist die Linse.

Stammzellen sind in der Lage, aus nur einer Zelle Nachkommen mit jeweils unterschiedlichen Spezialisierungen zu generieren. Das belegen Untersuchungen Heidelberger Biologen am Modellorganismus des Medaka-Fisches. Zum Einsatz kam dabei eine dauerhafte genetische Zellmarkierung in der adulten Fischnetzhaut. Dabei konnten die Wissenschaftler um Prof. Dr. Joachim Wittbrodt und Dr. Lázaro Centanin vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg zeigen, dass alle retinalen Stammzellen Universalisten und Ursprung sämtlicher in der Retina vorkommenden Zelltypen sind. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Cell Stem Cell" veröffentlicht.

Stammzellen helfen dem Körper, zu wachsen oder defekte Bereiche zu regenerieren. Diese universelle Antwort auf unterschiedliche Probleme im erwachsenen Organismus, selbst im Gehirn, wird derzeit weltweit intensiv erforscht. Eine Schlüsselfrage blieb dabei bislang offen: Handelt es sich bei der "Einsatztruppe" der Stammzellen um eine Gruppe von Spezialisten oder um individuelle Universalisten? In anderen Worten: Wird für jeden zu reparierenden Zelltyp ein spezieller Typ von Stammzellen benötigt oder kann eine einzige Stammzelle Nachkommen generieren, die in ihrer jeweiligen Umgebung alle Probleme beseitigen?

Um diese Frage beantworten zu können, haben die Heidelberger Wissenschaftler eine permanente genetische Zellmarkierung mit Einzelzelltransplantationen am Modellorganismus des Medaka-Fisches kombiniert. So konnte die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Wittbrodt einzelne Stammzellen in der Netzhaut, der Retina, und damit auch alle ihre Nachkommen in einem kompletten Stammbaum markieren. Auf diese Weise war es möglich, das Verhalten von Stammzellen in ihrer "natürlichen" Umgebung zu studieren, der wachsenden Fisch-Retina. Die Untersuchungsergebnisse belegen, dass die retinalen Stammzellen multipotent sind und aus ihnen sämtliche in der Retina vorkommenden Zelltypen hervorgehen.

Dies zeigt sich experimentell in der Ausbildung von sogenannten Arched Continuos Stripes (ArCoS). Dabei handelt es sich um Streifen, die die Retina durchziehen, alle Zelltypen umfassen und jeweils von einer Stammzelle ausgehen. "Interessanterweise sind damit verschiedene Zelltypen innerhalb eines ArCoS näher miteinander verwandt als benachbarte Zellen eines Zelltyps", sagt Lázaro Centanin, der als Postdoktorand der Arbeitsgruppe von Prof. Wittbrodt angehört.

Die Forschungsergebnisse legen dabei nahe, dass das Wachstum durch die Kontrolle der Stammzellvermehrung reguliert wird, während die Differenzierung in verschiedene Zelltypen als intrinsisches Programm abläuft. "Das ist so, als ob ein Haus von einem universellen Handwerker aufgebaut wird, der mauert, verputzt, installiert und auch das Dach deckt, und zwar alles gleichzeitig, weil der Handwerker in der Lage ist, sich zu teilen", sagt Joachim Wittbrodt, der Direktor des Centre for Organismal Studies an der Universität Heidelberg ist und zugleich das Institut für Toxikologie und Genetik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) leitet.

Die Wissenschaftler konnten darüber hinaus aufzeigen, dass im selben Organ – der Retina des Fisches – neben den multipotenten retinalen Stammzellen eine zweite Klasse von Stammzellen existiert. Dies sind die Stammzellen der Pigmentschicht. Nach Angaben von Prof. Wittbrodt korreliert das Wachstumsverhalten dieser Zellen mit dem der retinalen Stammzellen, die Pigmentstammzellen haben jedoch nur ein begrenztes Potential und bringen lediglich einen Zelltyp hervor.

Neben der Bedeutung für die Grundlagenforschung zum Wachstum und der Regeneration des Auges hat insbesondere die angewandte Methodik der Heidelberger Forschungsarbeiten großes Potential für weitere Studien. Die genetische Markierung im Auge des Medaka-Fisches, das lebenslang in räumlich-zeitlich eng koordinierter Folge wächst, soll Einblicke in das Verhalten und die entscheidenden Entwicklungsprozesse von einzelnen Stammzellen und ihrer Nachkommen im intakten Organ ermöglichen. Darauf aufbauend wird die Gruppe um Prof. Wittbrodt nun die regulatorischen Mechanismen in Stammzellen in vivo und in ihrer natürlichen Umgebung weiter untersuchen.


Informationen im Internet sind unter www.cos.uni-heidelberg.de/index.php/j.wittbrodt?l=_e abrufbar.


Originalpublikation:

L. Centanin, B. Hoeckendorf, J. Wittbrodt: Fate Restriction and Multipotency in Retinal Stem Cells. Cell Stem Cell (2011), doi: 10.1016/j.stem.2011.11.004

Hinweis an die Redaktionen:

Digitales Bildmaterial ist in der Pressestelle erhältlich.

(Text: Stefan Fuchs)