Stammzellen sind abhängig von Signalen anderer Zellen
Dass Stammzellen sich kontinuierlich teilen und Vorläuferzellen für spezialisierte Gewebe bilden können, ist keine Selbstverständlichkeit: Signale anderer Zellen sind notwendig, um die Eigenschaften der Stammzellen zu kontrollieren. Diese Abhängigkeit von Signalprozessen ist auch ein Schutzmechanismus. Denn wenn sich Stammzellen unkontrolliert vermehren könnten, würde das, wie bei Krebserkrankungen, zu Wucherungen führen.
WOX5 ist ein wichtiges Signalmolekül, das die Stammzellen im Meristem reguliert. Bisher war aber nicht bekannt, über welchen Mechanismus das geschieht. Einem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Laux, Mitglied des Exzellenzclusters CIBSS – Centre for Integrative Biological Signalling Studies an der Universität Freiburg, ist es jetzt gelungen, diesen zu entschlüsseln. Das Team identifizierte den Regulationsfaktor HAN als essentiellen Faktor, der die Funktion von WOX5 weitervermittelt.
Das Gen-regulierende Molekül HAN ist ein wichtiger Regulator des Pflanzenwachstums
„Wir konnten herausfinden, dass HAN das Signal von WOX5 weiterleitet und dafür sorgt, dass das Gen CDF4 in Stammzellen inaktiv bleibt,“ erklärt Laux. „CDF4 führt sonst dazu, dass Stammzell-Eigenschaften inhibiert werden. Indem CDF4 durch HAN unterdrückt wird, bleiben die Stammzellen im Meristem der Pflanzenwurzel undifferenziert und können sich weiter teilen.“
Das Team setzte neben molekularbiologischen Methoden auch mathematische Modellierungen ein. Diese liefern eine mögliche Erklärung dafür, warum der kompliziert anmutende Mechanismus ein Vorteil für die Pflanze sein könnte: Die Mitwirkung von HAN als Bindeglied zwischen WOX5 und CDF4 scheint die Regulation der Stammzellen unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen zu machen. „In weiteren Untersuchungen wollen wir jetzt herausfinden, ob die Mehrstufigkeit des Prozesses tatsächlich den Effekt hat, den wir in den Modellierungen sehen “, sagt Laux.
Prozess auch wichtig für Pflanzenzüchtung
Ein genaues Verständnis der Wachstumsprozesse von Pflanzen ist eine wichtige Grundlage für die Züchtung widerstandsfähigerer oder ertragreicherer Nutzpflanzen. Denn dadurch lassen sich gezielt Pflanzen erkennen und auswählen, die auch unter nicht-idealen Bedingungen wie extremem Wetter wachsen und Ertrag bringen können.
Originalpublikation
Mohan Sharma, Thomas Friedrich, Peter Oluoch, Ning Zhang, Federico Peruzzo, Vikram Jha, Limin Pi, Edwin Philip Groot, Noortje Kornet, Marie Follo, Ernst Aichinger, Christian Fleck, Thomas Laux (2024). A coherent feed-1 forward loop in the Arabidopsis root stem cell organizer regulates auxin biosynthesis and columella stem cell maintenance. In: Nature Plants. DOI: 10.1038/s41477-024-01810-z
CIBSS-Profil von Prof. Dr. Thomas Laux