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Differenzierung von Stammzellen

Wie wird aus einer undifferenzierten Stammzelle eine Körperzelle? Warum bleiben KörperZellen unverändert, wenn sie erst einmal ausdifferenziert sind?

Was bestimmt die Differenzierung?

  • Jeder Zellkern enthält die identische DNA-Information.
  • Diese Information ist totipotent! (→ Kerntotipotenz).
  • Dennoch unterscheiden sich Körperzellen in ihrer Struktur, Funktion, Anatomie, Lebensdauer ...

Ein Experiment an Mäusen zeigt Folgendes:

Verpflanzt man KnochenmarksStammzellen in das Gehirn einer Maus, entwickelt sich aus ihnen Nervengewebe! Die umgebenden Zellen beeinflussen die Knochenmarkszellen in der Art und Weise ihrer Zelldifferenzierung!

Experimente von Spemann & Mangold:

In einem mikrochirurgischen Experiment beobachteten Hans Spemann und Hilde Mangold folgendes Phänomen:

Die Forscher transplantierten Gewebe, das sich bereits im Entwicklungsstadium der Gastrulation befand, in einen noch nicht so weit entwickelten Molchembryo. Zu beobachten war eine – von den transplantierten Zellen ausgelöste – zweite Gastrulation!

Als Folge der doppelten Organisatorregionen entstehen zusätzliche Körperstrukturen auf einem einzigen Embryo (→ sogenannter Spemann-Organisator).

Warum behalten Zellen ihre Funktion bei?

  • bleiben aufgrund ihrer spezifischen Umwelt differenziert
  • Wählt man geeignete Bedingungen, so wäre es möglich, Zellen zu „entdifferenzieren”.

Beispiel Teratokarzinom oder Teratom
In diesen zystenartigen Tumoren, die sich in der Regel aus Keimzellen bilden, sind unterschiedlichste Gewebe zu finden. So sind im Innenraum der Zyste meist Haare, Zähne oder Hautzellen mit Talgdrüsen usw. ausgebildet. Vertreten sind Zellen aller drei Keimblätter.
Bei Frauen sind diese Tumoren meist harmlos, bei Männern hingegen immer bösartig.
Da der Tumor Stammzellen bildet, die dann zu Haaren, Zähnen, Haut differenzieren, ist diese Tumorform ein wichtiges Forschungsobjekt für Entwicklungsbiologen.

Differenzielle Exprimierung

Der Vergleich von z. B. Nerven- und Blutzellen verdeutlicht, dass jeder Zelltyp eigene Funktionen übernimmt. So transportieren Erythrozyten z. B. Sauerstoff. Das benötigte Genprodukt ist das ß-Globin, als Bestandteil des Hämoglobinproteins. Sowohl der Zellkern der Nervenzelle als auch der Zellkern der sich entwickelnden Blutzelle besitzen dieses Gen. Durch DNA-Hybridisierung ist es in beiden Zellen nachzuweisen.

Die mRNA des ß-Globins (und damit das Protein als Genprodukt) findet sich hingegen nur in den Blutzellen!

Induzierte pluripotente Stammzellen

  • „reprogrammierte“ Stammzellen, die aus nichtpluripotenten somatischen Zellen entstehen
  • Hormone, Wachstumsfaktoren oder Induktoren können eine ausdifferenzierte Körperzelle in eine bestimmte Stammzellart umwandeln.
Aus embryonalen Stammzellen können sich die unterschiedlichsten Zelltypen entwicklen.
Aus embryonalen Stammzellen können sich die unterschiedlichsten Zelltypen entwicklen.

Chimären

  • bis 8-Zell-Stadium

  • Durch Vermischen der 8-Zell-Stadien zweier verschiedener für ein Merkmal reinerbiger Mäuse entsteht eine Chimäre: ein Organismus, der Erbinformationen aus verschiedenen befruchteten Eizellen enthält (hier: genetisch gemischte Maus).

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Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Differenzierung von Stammzellen ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Molekularbiologie / Genetik.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses Molekularbiologie / GenetikMolekularbiologie / Genetik
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Einleitung zu Molekularbiologie als Thema im Abitur
  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
      • Genregulation: molekularen Ebenen
      • Lac-Operon
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      • Genexpression bei Eukaryoten
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        • Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Einleitung zu Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression
  • Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Einleitung zu Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
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    Ein Kursnutzer am 29.03.2016:
    "Ich habe wirklich schon aus verschiedensten Quellen gelernt, aber diese hier ist wirklich am leichtesten und am besten zu verstehen! Vielen Dank "

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    "Ich liebe es. Es sind so viele informativer Stoff, die ich in den letzten 3 min gefunden habe :)))"

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