Stammzellen zur Erhaltung und Regeneration von Muskeln
Skelettmuskeln besitzen eine spezialisierte Population undifferenzierter Stammzellen, so genannte Satellitenzellen (SC). Diese werden bei Verletzungen umgehend aktiviert, vermehren sich rasch und durchlaufen dann eine terminale Differenzierung. Die genauen molekularen Mechanismen, durch die diese Differenzierung reguliert wird, sind allerdings noch weitgehend ungeklärt. Als Antwort darauf sollte das EU-finanzierte Projekt SATCELLOMICS (Integrated signalling networks in muscle stem cells: cell fate regulation by heparan sulfates) die Hypothese prüfen, ob die extrazelluläre Umgebung Einfluss auf Krankheit und Alter hat. Zunächst untersuchte die Forschergruppe, wie sich die Zusammensetzung der extrazellulären Umgebung der Muskeln bei degenerativen Erkrankungen wie Muskeldystrophie verändert. Bei Muskeldystrophie verlieren Stammzellen ihre Regenerationsfähigkeit, was vermutlich auf eine defekte zelluläre Umgebung zurückzuführen ist. Um die mit Dystrophie assoziierten Veränderungen der Umgebung zu klären, wurde die Zusammensetzung der extrazellulären Umgebung in Muskeln dystrophischer und gesunder Mäuse analysiert. Mittels Massenspektrometrie identifizierten sie eine Klasse von Proteinen, die sich mit fortschreitender Muskeldystrophie akkumuliert und Muskelstammzellen schädigt. Durch Zugabe dieser Proteine zu gesunden Stammzellen in vitro wurde die Zellproliferation und –differenzierung signifikant gestört, was zeigt, wie wichtig die Umgebung für die Stammzellfunktion ist. Darüber hinaus verglich die Forschergruppe das Genexpressionsprofil von Stammzellen in ihrer normalen Umgebung mit isolierten Stammzellen in der Petrischale. Signifikante Veränderungen wurden bei Signalwegen beobachtet, die an der Kommunikation zwischen Zelle und Umgebung sowie Zellproliferation und -differenzierung beteiligt sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse von SATCELLOMICS, dass die extrazelluläre Umgebung die Homöostase von Muskelstammzellen und deren Differenzierungsoptionen reguliert. Das Projekt schlägt zudem Methoden zur Manipulation der Regenerationsfähigkeit dieser Zellen vor, indem die extrazelluläre Umgebung gegebenenfalls gezielt mit pharmakologischen Substanzen verändert wird.
Schlüsselbegriffe
Stammzellen, Muskeldystrophie, Skelettmuskel, extrazelluläre Umgebung
