Inhaltszusammenfassung:
Aufgrund der steigenden Lebenserwartung nehmen degenerative Erkrankungen wie Morbus Parkinson, Morbus Alzheimer oder Diabetes deutlich zu. Momentan können bei diesen Erkrankungen jedoch nur die Symptome, nicht aber deren Ursachen behandelt werden. Ein Forschungsansatz hierzu stellt die regenerative Medizin dar. Diese beschäftigt sich mit der möglichen zellbasierten Ersetzung von beschädigtem Gewebe oder Organen. Hierzu könnten beispielsweise Stammzellen aufgrund ihrer unbegrenzten Teilungsfähigkeit und ihrer Fähigkeit, Zelltypen aller Gewebe ausbilden, einen wichtigen Beitrag leisten. Da die Forschung mit humanen Stammzellen ethisch und rechtlich bedenklich ist, bietet sich das murine Modellsystem für die Erforschung von Stammzelleigenschaften an. Für eine gezielte Differenzierung von Stammzellen ist es wichtig, zuvor grundlegende Eigenschaften wie beispielsweise pluripotenzrelevante Signalwege, genau zu verstehen. Ein wichtiger Signalweg im Zusammenhang mit der Pluripotenzerhaltung in murinen Stammzellen (mES Zellen) stellt der PI3K/Akt Signalweg dar. Bisherige Erkenntnisse zeigen, dass die Inhibition von PI3K den Verlust der pluripotenten Fähigkeit von mES Zellen zur Folge hat. Es gibt Hinweise darauf, dass dies hauptsächlich auf eine Hemmung der Serin/Threonin Kinase Akt zurückgehen soll. Akt soll die Pluripotenz zum einen über die Hochregulation pluripotenzassoziierter Transkriptionsfaktoren und zum anderen durch eine direkte Stabilisierung pluripotenzrelevanter Proteine regulieren. So führt die Aktivierung von Akt beispielsweise zu einer Hochregulation der Transkriptionsfaktoren Tbx3 und Nanog, die wiederum die Expression von Oct4 und Sox2 induzieren. Oct4 und Sox2 können durch die Phosphorylierung durch Akt direkt stabilisiert werden. Da bisher noch nicht bekannt war, ob eine oder mehrere der Akt Isoformen bedeutend für die Pluripotenzerhaltung von mES Zellen ist, sollte dies in der vorliegenden Arbeit genauer untersucht werden. Dafür wurden als erstes mittels der TALEN Technologie Akt1-/- mES Zellen generiert, die erstaunlicher Weise ohne einen Verlust ihrer pluripotenten Fähigkeit kultiviert werden konnten. Um auszuschließen, dass der Verlust von Akt1 durch Akt2 kompensiert wird, wurde in diesen Zellen zusätzlich Akt2 shRNA basiert herunterreguliert. Unerwarteter Weise hatte der Verlust beider Akt Isoformen keinen Effekt auf die Pluripotenzerhaltung in den Stammzellen, was mit verschiedenen Assays, wie der Nachweis der Alkalischen Phosphatase Aktivität, der Expression pluripotenzrelevanter Transkriptionsfaktoren auf mRNA- und Proteinebene, sowie der Differenzierungsfähigkeit in Zellen aller drei Keimblätter, gezeigt werden konnte. Es gab keine Hinweise auf eine mögliche Kompensation des Verlusts der beiden Isoformen durch Akt3 noch durch eine veränderte Regulation der anderen beiden pluripotenzassoziierten Signalwege JAK/STAT und MAPK. Es wurde ebenfalls nachgewiesen, dass der Verlust der Pluripotenz bei der Inhibition von PI3K nicht auf eine verminderte Aktivierung PDK1 zurückzuführen ist, da eine Inhibition von PDK1 oder eine Herunterregulation des Proteins mit shRNA die Pluripotenz der verwendeten mES Zellen nicht beeinträchtigt. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass eine unspezifische Inhibition von mTOR durch einen PI3K Inhibitor ebenfalls nicht für den Verlust der Pluripotenz der Stammzellen verantwortlich ist, da die Inhibition von mTOR mit Rapamycin nur die Proliferation der Zellen beeinflusst. Entgegen der Annahmen in der Literatur wird in dieser Arbeit somit dargelegt, dass der Verlust der Pluripotenz durch eine Inhibition der PI3K in V6.4 mES Zellen nicht auf eine damit einhergehende Inaktivierung der Akt Isoformen 1 und 2 zurück zu führen ist und es somit offen bleibt, wie genau die Inhibition von PI3K einen negativen Effekt auf die Pluripotenzerhaltung der Stammzellen hat.
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