Public Release: 

Verjüngungskur für Stammzellen im Gehirn alter Mäuse entdeckt

Regenerative Medizin

University of Luxembourg

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IMAGE: Graphic_Aging brain_LCSB Grafik_Alterndes Gehirn_LCSB Graphique_Cerveau en phase âgée_LCSB view more 

Credit: University of Luxembourg

Die Forscher erwarten, dass ihr Ansatz der regenerativen Medizin Impulse geben und die Entwicklung neuer Stammzelltherapien erleichtern wird. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher heute im Fachjournal Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.01.040).

Alle Zellen unserer Organe gehen aus Stammzellen hervor. Sie teilen sich, und ihre Tochterzellen entwickeln sich zu spezifischen Gewebezellen, die dann z.B. Gehirn, Lunge oder Knochenmark bilden. Mit dem Alter lässt jedoch die Teilungskraft der Stammzellen nach. Sie verfallen häufig in einen dauerhaften Ruhezustand.

Um Stammzellen möglichst genau am Computer untersuchen zu können, entwickelte die Computational Biology Gruppe des LCSB unter der Leitung von Prof. Dr. Antonio del Sol einen neuen Ansatz. „Stammzellen leben in einer Nische, in der sie im ständigen Austausch mit anderen Zellen und extrazellulären Substanzen stehen. Diese Komplexität von vielen verschiedenen äußerer Faktoren lässt sich nur sehr schwierig in Simulationen darstellen. Also haben wir die Perspektive gewechselt. Wir haben uns nicht mehr gefragt, welche Faktoren von außen auf die Zelle einwirken, sondern wie der innere Zustand einer Zelle in ihrer genau definierten Nische ist."

Dieser neue Ansatz resultierte in einem neuen Computermodell, das von Dr. Srikanth Ravichandran aus der Computational Biology Group entwickelt wurde: „Unser Modell kann für einzelne Zellen in ihrer Nische berechnen, welche Proteine für den funktionellen Zustand der Zelle verantwortlich sind - ob sie sich teilt oder in einem Ruhezustand verharrt. Für die Modellierung nutzen wir ausschließlich Informationen darüber, welche Gene abgelesen werden. Mit modernen zellbiologischen Verfahren kann man das für einzelne Zellen sehr genau bestimmen."

Es war bisher nicht bekannt, warum neurale Stammzellen im Gehirn älterer Mäuse überwiegend in einem Ruhezustand verharren. Bei der computerbasierten Analyse fanden die Forscher am LCSB ein Molekül mit der Bezeichnung sFRP5, das die neuralen Stammzellen in alten Mäusen inaktiv hält. Das Molekül hindert die Stammzellen an der Vermehrung, indem es einen bestimmten Stoffwechselweg namens Wnt blockiert, der für die Ausdifferenzierung der Zellen essentiell ist.

Eine Verjüngungskur für Zellen

Jetzt kam die langjährige Erfahrung der DKFZ-Forscher auf dem Gebiet von neuralen Stammzellen ins Spiel: Sie untersuchten Stammzellen zunächst im Labor, später auch in Mäusen und konnten so die Vorhersage des Computermodells experimentell bestätigen. Schalteten sie die Wirkung von sFRP5 aus, begannen sich die ruhenden Stammzellen verstärkt zu vermehren. Die behandelten Stammzellen standen damit für Regenrationsprozesse im alternden Gehirn wieder zur Verfügung. „Die Zellen durchlaufen durch das Ausschalten von sFRP5 eine Art Verjüngungskur", sagt del Sol: „Das Verhältnis von aktiven zu ruhenden Stammzellen ist danach im Gehirn alter Mäuse fast wieder so günstig wie bei jungen Tieren."

„Unsere Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt in Richtung Anwendung stammzellbasierter Therapien, beispielsweise bei neurodegenerativen Erkrankungen", sagt Antonio del Sol: „Wir konnten zeigen, dass man mit Computermodellen die wesentlichen Merkmale identifizieren kann, die für einen spezifischen Zustand von Stammzellen charakteristisch sind." Dieser Ansatz ist nicht nur auf das Gehirn beschränkt. Auch für Stammzellen anderer Organe lassen sich mit dem Modell Berechnungen durchführen. „Die Hoffnung ist, dass sich damit Wege für eine regenerative Medizin eröffnen", so del Sol.

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