Eigenschaften embryonaler und adulter Stammzellen

Eigenschaften embryonaler und adulter Stammzellen
Schülerbuch Seite 99
A1 Erläutern Sie, auf welche Stammzellen sich §8
Basiskonzepte
Dieses Thema ist wesentlicher Bestandteil
des Basiskonzepts
Reproduktion
[FW 6.1].
Das Thema bietet
verschiedene Ansatzpunkte, Kompetenzen
aus dem Bereich
Bewertung zu entwickeln.
Hinweis
Stammzellen werden
auch in Natura 9/10
(Klett Nr. 045780) und
dem zugehörigen
Lehrerband (Klett Nr.
045789) thematisiert.
des Embryonenschutzgesetzes bezieht.
[KK 1, AFB II]
– Paragraph 8 des Embryonenschutzgesetzes bezieht sich sowohl auf embryonale als auch auf
adulte Stammzellen: Die Keimbahnzellen gehen
auf Stammzellen zurück, deren Vorläufer die
pluripotenten Zellen der Blastocyste (embryonale Stammzellen) sind. Diese wiederum gehen
auf die Zygote, ebenfalls eine embryonale,
jedoch totipotente Stammzelle, zurück. Alle
genannten Zellen sind laut Gesetz vor Veränderungen geschützt.
A2 Fassen Sie die Vorteile der Verwendung
von induzierten pluripotenten Stammzellen
gegenüber der von embryonalen Stammzellen
zusammen. [EG 4.4, KK 1, KK 2, AFB II]
– Vorteil aus ethischer Sicht: Keine Verwendung
von Embryonen, damit wird die Verwendung
von Stammzellen auch bei Anwendung des
Embryonenschutzgesetzes möglich. Vorteil aus
immunologischer Sicht: Induzierte Stammzellen stammen vom Erkrankten selbst und lösen
daher keine Abstoßungsreaktion aus.
Arbeitsblatt Seite 119
A1 Die pluripotente Stammzelle erzeugt durch
Teilung entweder weitere pluripotente
Stammzellen oder determinierte Vorläuferzellen. Sie durchlaufen nur eine begrenzte
Anzahl von Zellteilungen, bevor sie sich
differenzieren und reife Blutzellen bilden. Es
entstehen zwei Linien, wovon Typ 1 letztlich
verschiedene Zelltypen des Immunsystems
und Typ 2 überwiegend die Blutzellen bildet.
Die zunehmende Spezialisierung erfordert die
Ausbildung besonderer Eiweiße. Damit könnte
auf molekularer Ebene verbunden sein, dass
Vorläuferzelle
Signal
Meisterkontrollgen andere muskelspezifische Gene
Determination:
– Expression
von MyoD
mRNA
MyoD-Protein
(Transkriptionsfaktor)
mRNA
Differenzierung:
– Expression anderer
muskelspezifischer Gene
– Inhibition des Zellzyklus
– Verschmelzung von
Myoblastenbündeln
voll ausdifferenzierte
Muskelzelle
118 Genetik
MyoD
mRNA
mRNA mRNA
Myosin und
andere Muskelproteine
anderer Transkriptionsfaktor
aktives Gen
inaktives Gen
bestimmte Gene eingeschaltet werden und
damit der Zugang zu anderen Entwicklungswegen ausgeschaltet wird.
[EG 4.4, EG 4.5, KK 1, KK 3, AFB II]
A2 Stamm- und Stromazellen halten offensichtlich über Eiweiße und ihre Liganden Kontakt
zueinander. Solange dieser Kontakt besteht,
bleibt die Stammzelle eine Stammzelle. Bei
einer Zellteilung behält die eine Tochterzelle
den Kontakt mit der Stromazelle, die zweite
differenziert sich. Mutationen in den Genen,
welche die Kontakteiweiße codieren, könnten
in die Signalwege und die entsprechenden
Genregulationen eingreifen.
[EG 4.4, EG 4.5, KK 1, KK 3, KK 4, AFB III]
A3 Die Fähigkeit zur Selbsterneuerung verleiht
den Stammzellen eine unbegrenzte „Lebensdauer“ und erhält ihr Vermehrungspotenzial.
Durch die nachfolgende Kaskade über Vorläuferzellen könnte eine einzige transplantierte
Stammzelle rein theoretisch das gesamte
Blutsystem eines Menschen auf Lebenszeit
wiederherstellen. [EG 4.5, KK 4, AFB III]
Medienhinweise
http://www.bats.ch/bats/biosicherheit/stammzellen.php
http://www.infochembio.ethz.ch/links/cellbio_
stammzellen.html
http://www.wissenschaft-online.de/artikel/861860
(pluripotente Stammzellen aus Fruchtwasser
und Plazenta gewonnen)
http://www.wissenschaft-online.de/artikel/611231
(Dosier Klon- und Stammzellforschung)
http://www.bio-pro.de (Schlagwort „Stammzellen“)
Informationen und Unterrichtsmaterial über eine
Stammzellspende können angefordert werden
unter: http://www.dkms.de
Zelldifferenzierung
Erhalten embryonale Vorläuferzellen bestimmte
Signale von anderen Zellen, wird ein spezifisches Gen aktiviert und die Zelle produziert
ein Protein. In Muskelzellen ist das z. B. MyoD.
Dies ist ein Transkriptionsfaktor, d. h. durch ihn
werden weitere Gene „angeschaltet“, die z. B.
bewirken, dass Myosin und andere Muskelproteine aufgebaut werden. MyoD bewirkt aber auch,
dass Gene aktiviert werden, die den Zellzyklus
blockieren, d. h. dass eine derart spezialisierte
Zelle sich nicht mehr weiter teilt.
Leukämie und Knochenmarktransplantation
NotwendigeOrgantransplantationenscheiternmeistandergeringenZahlderzurVerfügungstehendenSpenderorgane.DieUntersuchungenderletztenJahrekonzentrierensichdaherstärkeraufeinesogenannteZellersatztherapie,d.h.gesundeZellen,GewebeoderOrganesollenimLaborherangezüchtetunddemPatienten
danneingepflanztwerden.VorläufigsinddieseZielezwarnochweitentfernt,dieGrundlagenforschungdazuist
aber—auchinBezugaufdieStammzellen—schonumfangreich.BesondersfortgeschrittensinddieErkenntnissezurheuteschongebräuchlichenKnochenmarktransplantation.
Informationstext
Krebsarten,diedenCharakterunddieAnzahlderweißenBlutkörperchenverändern,sindLymphome(bösartigeVeränderungenderlymphatischenZellen)undLeukämien(ungehemmteVermehrungunreifer,nichtfunktionsfähigerweißerBlutzellen).ZurBehandlungwirdderPatiententwedereinerhohenStrahlendosisund/odergiftigenChemikalienausgesetzt.Ziel
istes,diesichschnellteilendenKrebszellenabzutöten.DurchdieBehandlungwerdenaberauchZellenvernichtet,dieander
BildungderrotenundweißenBlutzellenbeteiligtsind,dasiedurchihrehoheTeilungsratebesondersempfindlichgegenüber
StrahlungoderGiftensind.SollderPatienteineStammzellspendeerhalten,werdengezieltalleBlutbildendenZellenzerstört,
undderPatienterhältStammzelleneinesgesundenSpenders.SiemüssenindenGewebemerkmalenmitdenendesEmpfängersübereinstimmenundwerdeninderRegeldurchdieSucheineinemSpenderregister(z.B.DKMS)gefunden.Knochenmark
wirdausdemBeckenknochendesSpendersentnommenundkanndasBlutsystemdesEmpfängersregenerieren,weilinihm
BlutbildendeStammzellenenthaltensind.SiehabennormalerweisedieAufgabe,dieMillionenroterundweißerBlutzellenzu
ersetzen,dietäglichinunseremKörperabsterben.
a)
Differenzierung nimmt zu
Teilungsfähigkeit nimmt ab
pluripotente
Stammzelle
Selbsterneuerung
Vermutete Mutation
und/oder veränderte
Signale aus dem umgebenden Gewebe
b)
Selbsterneuerung
multipotente
Vorläuferzelle
oligopotente
Vorläuferzellen
Typ 1
B-Zellen T-Helfer- Killerzellen zellen
Klon bildende
Vorläuferzellen
Typ 2
rote BlutBlutMakro- weitere, weiße
zellen plättchen phagen
Blutzellen
starke Vermehrung der unreifen,
nicht funktionsfähigen weißen Blutzellen
1 a)SpezialisierungderBlutbildendenZellen,b)VeränderungenbeiakutermyelotischerLeukämie
A1 DieBlutbildendenStammzellen,ausdenendieverschiedenenZelltypendesBlut-undImmunsystems
hervorgehen,sindimKnochenmarkvonsogenannten
Stromazellenumgeben,vondenensiewichtigeregulatorischeSignaleerhalten.ErläuternSiedenVorgang
derDifferenzierunganhandderAbbildung1undstellen
SieVermutungendazuauf,warumdiezunehmende
DifferenzierungmiteinemabnehmendenTeilungspotentialverknüpftist.
A2AlseinmöglicherWeg,derzum„Blutkrebs“führt,werdenMutationendiskutiert,welchedieKommunikation
derStammzellenmitdenumgebendenStromazellen
verändern.ErmittelnSieausdernebenstehendenAbbildungmöglicheEffektesolcherMutationen.
A3BegründenSie,warumeineeinmaligeStammzellspendeeinenLeukämiepatientenheilenkann.
Stromazelle
Stammzelle
Teilung der Stammzelle
(asymmetrisch)
sich vermehrende
Vorläuferzelle
Stammzelle
Differenzierung oder Absterben
2 Stammzellteilung
© Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2011
119