Przemyslaw Blyszczuk

Differentiation of embryonic stem cells into pancreatic insulin-producing cells

Kumulative Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 02.12.2004

Abstract
Für die Behandlung von Diabetes ist die Therapie mit Insulin-produzierenden Zellen eine vielversprechende Möglichkeit. Pluripotente embryonische Stammzellen bieten eine reichhaltige Quelle für die Generierung von Insulin-produzierenden Zellen. Wir zeigen hier zwei Strategien wie embryonische Stammzellen in Bauchspeicheldrüsen-ähnliche Insel-Zellen differenzieren können und charakteristische Merkmale wie die Expression von gewebe-spezifischen Genen, Ionenkanal-Aktivität ähnlich wie in embryonischen Betazellen, Glukose-abhängige Insulinfreisetzung und das Potential, Diabetes im Tiermodell zu verhindern, zeigen. Die in vitro Generierung von Insulin-produzierenden Zellen erfolgt durch eine vorübergehende Expression von Nestin und Keratin 19. Ausserdem wird gezeigt, dass die konstitutive Expression von Pax4 die in vitro Differenzierung von ES-Zellen zu pankreatischen Zellen stimuliert.
Zusammenfassend suggerieren unsere Ergebnisse die hochwichtige Rolle der Expression von Nestin, Keratin 19 und Pax4 für die gerichtete Differenzierung von undifferenzierten ES-Zellen zu pankreatischen Zellen.

Cell therapy using insulin-producing cells is a promising therapeutic option for the treatment of diabetes. Pluripotent embryonic stem (ES) cells represent potentially unlimited source for generation of insulin-producing cells. Here, we present two strategies to differentiate ES cells into pancreatic islet-like clusters characterized by the expression of tissue-specific genes, ion channel activity similar to embryonic beta cells, glucose-dependent insulin release and the ability to rescue diabetes in an animal model. Mechanism of in vitro generation of insulin-producing cells involves transient expression of nestin and keratin 19. Moreover, we show that constitutive expression of Pax4 promotes ES-derived pancreatic differentiation in vitro. In conclusion, our results suggest that expression of nestin, keratin 19 and Pax4 play a crucial role in directing undifferentiated ES cells into the pancreatic lineage.

Keywords:
embryonale Stammzellen, in vitro Differenzierung, Maus, Nestin, pankreatische -Zellen

embryonic stem cells, in vitro differentiation, mouse, nestin, pancreatic beta cells

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Table of Contents
1. Introduction (3-4)
2. Aim of the study (4)
3. Development and function of pancreatic beta cells (4-12)
4. Diabetes (12-15)
5. Future strategies for the treatment of diabetes (16-25)
6. Role of nestin in pancreatic differentiation in vivo and in vitro (25-28)
7. Summary of results (29-34)
8. Conclusions (35)
9. List of publications and manuscripts on which thesis is based and declaration on the contributions (36-37)
10. Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse und Schlussfolgerungen (38-44)
11. References (45-54)
12. Reprints of publications and manuscripts on which thesis is based (55-135)