Ein Säugetierprotein, das in seiner Struktur dem aktiven Bestandteil des Gelée Royale ähnlich ist – dem Königinnenhersteller für die Honigbiene (Apis mellifera) – fungiert als eine Art Jungbrunnen für embryonale Stammzellen, wie eine neue Studie in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht hat.

Gelee Royale ist eine viskose, leicht saure Substanz, die aus Wasser, Proteinen und Zucker besteht.

Diese Substanz ist ein kritischer Bestandteil der strengen hierarchischen Struktur des Honigbienenstockes.

Unter normalen Bedingungen legt eine einzige Dame befruchtete Eier, die sich zu weiblichen Arbeitsbienen entwickeln. Diese Arbeiterbienen schuften und sammeln Pollen und Nektar, bauen die Wabe, legen unbefruchtete Eier und kümmern sich um Larven.

Im Gegensatz dazu räkeln sich die Drohnen über den Bienenstock und wecken sich ab und zu, um sich mit anderen Drohnen an ausgewiesenen “Drohnenversammlungsplätzen” zu treffen, wo sie schweben, bis eine neue Königin vorbeifliegt und einen Paarungsaufstand auslöst.

Schließlich wird eine neue Dame für den Bienenstock benötigt, wenn eine alte Dame stirbt oder der Bienenstock zu groß wird und sich in zwei teilen muss. In diesem Fall wählen die Arbeitsbienen einige weibliche Larven aus, die während ihrer Entwicklung ausschließlich mit Gelée Royale gefüttert werden.

Alle Larven werden in den ersten Tagen nach dem Schlupf mit Gelée Royale gefüttert, aber die Arbeiter-Larven werden schnell auf eine Kombination aus Gelée Royale, Honig und einer Pollenmischung, bekannt als “Bienenbrot”, umgestellt.

Genau wie eine Gelée Royale Ernährung die Bildung einer großen, fruchtbaren Königin und nicht einer niederen Arbeiterbiene stimuliert, ist schwer fassbar geblieben.

Aber die Menschen entschieden schnell, dass das, was für die Dame gut ist, auch für sie gut sein muss. Obwohl das Gelee Royale eine Wirkung auf den Cholesterinspiegel, den Blutdruck, das Nervensystem und die hormonelle Aktivität haben soll, wurde es von der FDA nicht für den medizinischen Gebrauch zugelassen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Kevin Wang von der Stanford University School of Medicine fragte sich, wie eine Gelée Royale Diät die extremen Unterschiede zwischen Bienenköniginnen und den viel kleineren Arbeitern auslösen könnte. Schließlich teilen die beiden Insektenkaste ein identisches Genom.

“Ich war schon immer an der Kontrolle der Zellgröße interessiert und die Honigbiene ist ein fantastisches Modell, um dies zu untersuchen”, sagte Dr. Wang.

“Diese Larven beginnen alle am Tag Null gleich, haben aber am Ende dramatische und dauerhafte Größenunterschiede. Wie ist das passiert?”

Die Forscher konzentrierten sich auf ein Protein – passend Royalactin genannt -, das zuvor als Wirkstoff in Gelee Royale vermutet worden war.

Sie wandten Royalactin auf embryonale Stammzellen der Maus an, um die Reaktion der Zellen zu untersuchen.

“Damit Gelée Royale die Entwicklung der Königin beeinflussen kann, muss es an frühen Vorläuferzellen in den Bienenlarven arbeiten. So entschieden wir uns, zu sehen, welchen Effekt es hatte, wenn überhaupt, auf embryonale Stammzellen,” Dr. Wang sagte.

Embryonale Stammzellen sind potent, aber unbeständig. Im Labor gezüchtet, wollen sie oft ihren Stammzellzustand aufgeben und sich zu spezialisierten Zellen differenzieren.

Zu ihrer Überraschung fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Zugabe von Royalactin die embryonalen Stammzellen daran hinderte, sich zu differenzieren, auch wenn die Inhibitoren fehlen.

“Das war unerwartet. Normalerweise werden diese embryonalen Stammzellen in Gegenwart eines Inhibitors namens Leukämie-Inhibitor-Faktor gezüchtet, der sie daran hindert, unangemessen in der Kultur zu differenzieren, aber wir fanden heraus, dass Royalactin die Differenzierung selbst in Abwesenheit von LIF blockiert”, sagte Dr. Wang.

Die kultivierten LIF-freien Zellen wuchsen bis zu 20 Generationen lang glücklich, ohne ihre “Steifheit” zu verlieren.

Zusätzliche Experimente zeigten, dass die mit Royalactin behandelten Stammzellen Genexpressionsprofile zeigten, die denen von Stammzellen ähnlich waren, die in Gegenwart der Inhibitoren gezüchtet wurden, wobei sie Proteine ausspuckten, von denen bekannt ist, dass sie mit Pluripotenz assoziiert sind, während sie die Produktion von Proteinen, die für die Differenzierung wichtig sind, dämpften. Dennoch war die Reaktion der Zellen verwirrend, da Säugetiere kein Royalactin produzieren.

Für Antworten wandte sich das Team an eine Datenbank, die die dreidimensionale Struktur von Proteinen ableitet. Wie ein Schloss und Schlüssel wirken viele Proteine, indem sie genau mit anderen Proteinen oder biologischen Molekülen zusammenpassen.

Die Studienautoren fragten sich, ob es bei Säugetieren ein anderes Protein geben könnte, das die Form, aber nicht die Sequenz von Royalactin nachahmt.

Sie fanden ein Säugetierprotein namens NHLRC3, das eine dem Royalactin ähnliche Struktur bilden sollte und das früh in der embryonalen Entwicklung bei allen Tieren, vom Aal bis zum Menschen, produziert wurde.

Darüber hinaus entdeckten sie, dass NHLRC3, wie Royalactin, in der Lage war, die Pluripotenz in embryonalen Zellen der Maus aufrechtzuerhalten, und dass es in ihnen ein ähnliches Gen-Expressionsmuster hervorrief wie in den Zellen, die Royalactin ausgesetzt waren.

Sie benannten das Protein in “Regina” um, was lateinisch für Königin ist.

Als nächstes wollen die Forscher untersuchen, ob Regina einen therapeutischen Wert bei der Wundheilung oder der Zellregeneration bei erwachsenen Tieren hat.

Sie hoffen auch, dass ihre Ergebnisse den Forschern helfen werden, mehr oder bessere Wege zu finden, um embryonale Stammzellen pluripotent zu halten, wenn sie im Labor angebaut werden.

“Es ist faszinierend. Unsere Experimente implizieren, dass Regina ein wichtiges Molekül ist, das die Pluripotenz und die Produktion von Vorläuferzellen steuert, die das Gewebe des Embryos bilden. Wir haben etwas Mythisches mit etwas Wirklichem verbunden”, sagte Dr. Wang.