Regeneration von Haarzellen gegen Taubheit
Taubheit tritt wegen Krankheit, im Alter oder bei Geburtsfehlern auf und wird vom Absterben der Haarzellen im Innenohr verursacht, also der Struktur, die für das Gleichgewicht und den Klang zuständig ist. Momentan gibt es keine Behandlungsmöglichkeit, mit der sich einmal verlorene Haarzellen wiederherstellen lassen. Der Goldstandard ist aktuell die Nutzung von Hörgeräten. Um den der Regeneration von Haarzellen zugrunde liegenden Mechanismus zu verstehen, ist tieferes Wissen über die Moleküle notwendig, die die Bildung der Haarzellen kontrollieren. Doch Studien an Haarzellen von Tieren scheiterten bisher an der anatomischen Komplexität des Innenohrs und der begrenzten Anzahl von Zellen in dem Organ. Haarzellen aus Stammzellen Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts GRNHairCell hatten die Idee, embryonale Stammzellen (ES-Zellen) als Plattform für In-vitro-Innenohruntersuchungen zu verwenden. ES-Zellen sind eine echte Alternative und ein überzeugender Ansatz, um ganz ohne den Einsatz von Tieren in einer einfachen Kulturschale unbegrenzt viele Haarzellen herzustellen. Doch die geringe Effizienz und Reproduzierbarkeit der Haarzellproduktion sind durchaus problematisch, wenn viele verschiedene Signalfaktoren genutzt werden. „Unser Ansatz basiert auf einer anderen Methodik, mit der erstmals die Produktion von großen Mengen von Haarzellen ermöglicht wird“, erklärt Projektkoordinator Dr. Andrew Jarman. Dr. Aida Costa, die Marie-Curie-Stipendiatin, die die Arbeiten durchgeführt hat, hat drei Proteine eingesetzt – Atoh1, Pou4f3 und Gfi1 – die das Wachstum der Haarzellen im Embryo steuern. Durch genetische Manipulation der ES-Zellen hat sie die Expression dieser transkriptionellen Regulatoren aktiviert und konnte erfolgreich eine direkte und robuste Umwandlung von Stammzellen zum Haarzellenphänotypen einleiten. „Ein einfaches System von In-vitro-Kulturen gab uns die Möglichkeit, zu untersuchen wie diese Proteine in einem Netzwerk zusammenarbeiten, um die Bildung der Haarzellen anzuregen“, erklärt Dr. Costa. Mit dem In-vitro-Kultursystem konnten die Forscher wichtige Erkenntnisse über den Mechanismus der Regeneration von Haarzellen liefern. Für die Wiederherstellung verlorener Haarzellen bei tauben Patienten wurde Atoh1 intensiv untersucht. Doch Atoh1 allein hat nur begrenzte regenerative Wirkung gezeigt, sodass davon auszugehen ist, dass andere Faktoren am Prozess beteiligt sind. Im Laufe der GRNHairCell-Studie fand Dr. Costa heraus, dass Gfi1 zum einen dafür verantwortlich ist, dass aus Stammzellen Haarzellen werden, und zum anderen zur transkriptionellen Aktivität von Atoh1 beiträgt. Außerdem ergab eine Analyse der Genexpression und der Bindungsaktivität der Protein-DNS wichtige Informationen über die Funktionsweise dieser regulierenden Faktoren. Klinische Bedeutung der Ergebnisse aus GRNHairCell Das Verständnis der molekularen Mechanismen, mit denen Gfi1 die transkriptionelle Aktivität von Atoh1 und Pou4f3 verändern kann, ist zweifellos von großer wissenschaftlicher Bedeutung. Aus klinischer Perspektive „ist es außerdem wichtig, dass diese spezielle Kombination der Transkriptionsfaktoren bei Tieren mit beschädigten Innenohren getestet wird, um herauszufinden, ob sich der Schaden rückgängig machen lässt“, skizziert Dr. Costa. Dr. Jarman ist zuversichtlich: „Auch wenn es vielleicht keine direkte klinische Anwendung für die Ergebnisse der GRNHairCell-Studie gibt, bringt uns das gewonnene Wissen einen Schritt näher an ein umfassendes Verständnis der Entwicklungsprozesse im Innenohr und dessen Nutzung bei der Behandlung von Taubheit. Zu wissen, wer bei der Regeneration von Haarzellen die wichtigste Rolle spielt, könnte zu neuen Ansätzen bei der Therapie von Taubheit führen. Mit genomweiten Untersuchungen wird man auch neue Proteine entdecken können, die am Prozess beteiligt sein müssen, und es werden sich Angriffspunkte von therapeutischem Wert ergeben.“
Schlüsselbegriffe
GRNHairCell, Haarzelle, Taubheit, Innenohr, Atoh1, Gfi1, Pou4f3
