Wechselwirkung hämatopoetischer Stammzellen und ihrer Nischen: Zell-Zell Kontakte, Chemotaxis und Regulation von Selbsterneuerung versus Differenzierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Selbsterneuerung und Differenzierung der hämatopoetischen Progenitorzellen (HPC) werden durch die sogenannte „Stammzellnische" reguliert. Als Modellsystem hierfür dienen mesenchymale Stromazellen (MSC), die den Erhalt von HPC unter in vitro Bedingungen gewährleisten. Wir haben gezeigt, dass direkter Zell-Zell Kontakt mit Stromazellen die Proliteration, den Erhalt eines primitiven Immunophänotyps und das koloniebildende Potenzial und den Erhalt des NOD/SCID repopulierenden Potentials unterstützt. Dabei scheinen sowohl verschiedene Adhäsionsproteine (incl. N-Cadherin, Cadherin-11, CD44, VCAM1 und ITGB1) eine Rolle zu spielen als auch sezernierte Proteine und Wachstumsfaktoren (insbesondere SCF, TPO und FLT-1). In diesem Kokultur-System haben jedoch zahlreiche weitere Faktoren ebenfalls einen starken Einfluss und erschweren die Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Studien: 1) MSC Präparationen. Wir konnten zeigen, dass das Ausgangsgewebe für die Isolation der MSC, das Kulturmedium, die Passagezahl und die Zelldichte einen Einfluss auf die Stomafunktion haben. Dies spiegelt sich auch im Genexpressionsmuster und im DNA-Methylierungsprofil der MSC wider. 2) Kulturmedien tür die Kokultur. Das verwendete Grundmedium, die verwendeten Serumzusätze und Wachstumsfaktoren beeinträchtigen das Ergebnis der Kokultur erheblich. Durch die Konditionierung des Wachstumsmediums durch die MSC wird eine weitere Variable zugefügt. 3) Die verschiedenen Readout-Methoden. Wir haben einen Adhäsionsassay und einen Migrationsassay etabliert, die gegenüber den konventionellen Methoden verschiedene Vorteile bieten. Auch die Methoden für die Analyse des Koloniebildenden Potentials und insbesondere die Versuchsdurchführung und Auswertung am murinen Transplantationsmodel variieren erheblich. Bei diesem Projekt wurde die Rolle dieser verschiedenen Faktoren für die Regulation der Stammzellfunktion nachgewiesen. Insgesamt zeichnet sich ab, dass das Homing zur Stammzellnische, die Regulation von Selbsterneuerung und Differenzierung, sowie die Mobilisation jeweils durch ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Adhäsionsproteine und Wachstumsfaktoren unterstützt werden. Einige der hier beschriebenen Partner (N-Cadherin, Cadherin-11, CXCR4 und CD44) stellen Anknüpfungspunkte für möglich Therapieverfahren dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Adhesion of hematopoietic progenitor cells to human mesenchymal stromal cells as a model for cell-cell interaction. Exp Hematol, 2007; 35: 314-25
Wagner W, Wein F, Roderburg C, Saffrich R, Faber A, Krause U, Schubert M, Benes V, Eckstein V, Maul H, and Ho AD
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Molecular and secretory profiles of human mesenchymal stromal cells and their abilities to maintain "stemness" of hematopoietic progenitors. Stem Cells, 2007; 25:2638-47
Wagner W, Roderburg C , Wein F, Diehlmann A, Frankhauser M, Schubert R, Eckstein V, Ho AD
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The many facets of SDF-lalpha, CXCR4 agonists and antagonists on hematopoietic progenitor cells. Journal ol Biomedicine Biotechnology; 2007; 3: 26065-26074
Faber A, Roderburg C , Wein F, Saffrich R, Seckinger A, Horsch K, Diehlmann A, Wong D, Bridger G, Eckstein V, Ho AD, Wagner W
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Adhesion of human hematopoietic progenitor cells to mesenchymal stromal cells is mediated by CD44. Cells Tissues Organs, 2008;188:160-9
Wagner W, Wein F, Roderburg C, Saffrich R, Diehlmann A, Eckstein V, Ho AD
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Cellular aging of mesenchymal stem cells - a continuous and organized process. PLoS ONE. 2008; 3:e2213
Wagner W, Horn P, Castoldi M, Diehlmann A, Bork S, Saffrich R, Benes V, Blake J, Pfister S, Eckstein V, Ho AD
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The stromal activity of mesenchymal stromal cells. Transfus Med and Hemotherapy, 2008; 35:185-193
Wagner W, Saffrich R, Ho AD
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Aging and replicative senescence have related effects on human stem and progenitor cells. PLoS One. 2009; 4: e5846
Wagner W, Bork S, Horn P, Krunic D, Waienda T, Diehlmann A, Benes V, Blake J, Huber FX, Eckstein V, Boukamp P, Ho AD
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Modelling of asymmetric cell division in hematopoietic stem cells - regulation of self-renewal is most essential for efficient repopulation. Stem Cells Dev. 2009 Apr;18(3):377-85
Marciniak-Czochra A, Stiehl T, Ho AD, Jäger W, Wagner W
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Co-Culture with Mesenchymal Stromal Cells Increases Proliferation and Maintenance of Hematopoietic Progenitor Cells. J Cell Mol Med, 2010 Jan;14(1-2):337-50
Walenda T, Bork S, Horn P, Wein F, Saffrich R, Diehlmann A, Eckstein V, Ho AD, Wagner W
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DNA Methylation Pattern Changes upon Long-Term Culture and Aging of Human Mesenchymal Stromal Cells. Aging Cell, 2010; 9:54-63
Bork S, Pfister S, Witt H, Horn P, Korn B, Ho AD, Wagner W
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N-Cadherin is Expressed on Human Hematopoietic Progenitor Cells and Mediates Interaction with Human Mesenchymal Stromal Cells. Stem Cell Research, 2010; 4:129-39
Wein F, Pietsch L, Saffrich R, Wuchter P, WaLenda T, Bork S, Horn P, Diehlmann A, Eckstein V, Ho AD, Wagner W
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Replicative Senescence-Associated Gene Expression Changes in Mesenchymal Stromal Cells are Similar under Different Culture Conditions. Haematologica, 2010 Jun;95(6):867-74
Schallmoser K, Bartmann C, Rohde E, Bork S, Guelly C, Obenauf AC, Reinisch A, Horn P, Ho AD, Strunk D and Wagner W
