Auf der Suche nach den Mechanismen hinter Störungen von Stammzellen
Stammzellen sind die „Masterzellen“ des Körpers. Sie entwickeln sich zu Blut, Gehirn, Knochen und Organen und ihre Fähigkeit, Zellen zu reparieren und regenerieren, bietet das Potenzial, zahlreiche Krankheiten zu behandeln. Dennoch kann es auch bei Stammzellen zu Störungen kommen. In sehr hohem Alter nimmt die Funktion der Stammzellen beispielsweise drastisch ab. „Durch die Arbeit zu verschiedenen Arten konnten gemeinsame Merkmale des Alterns bestimmt werden, die sich letztendlich auf die Erschöpfung der Stammzellen und somit den Rückgang der Gewebeerneuerung zurückführen lassen“, erklärt Pura Muñoz-Cánoves(öffnet in neuem Fenster), leitende (ICREA)-Forschungsprofessorin an der Universität Pompeu Fabra(öffnet in neuem Fenster) und Projektkoordinatorin von STEM-AGING. Das Projekt wurde über den Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanziert. Die Forschenden wollten das Wissen darüber, wie Stammzellen ihre Gesundheit im Erwachsenenalter erhalten, vertiefen. „Satellitenzellen verbringen den Großteil ihres Lebens in einem Ruhezustand(öffnet in neuem Fenster) und werden nur durch Myofibrillen nach Muskeltraumata aktiviert“, sagt Muñoz-Cánoves. „Es war im Wesentlichen unbekannt, wie diese langlebigen Stammzellen diesen Ruhezustand erhalten“, ergänzt sie.
Aufbau von einer Reihe an Versuchen
Das Team von STEM-AGING hat eine Reihe an Versuchen mit Mäusen konzipiert. Das erste Ziel war es, die Aufrechterhaltung des Ruhezustands in Stammzellen und den Einfluss des Alterns auf die Autophagie, also die Art des Körpers, alte und beschädigte Zellen wiederzuverwerten, zu verstehen. Sie fanden auch heraus, wie sich eine Ansammlung von proteotoxischen Abfällen – Überreste einer Protein-Fehlfaltung – auf die regenerative Qualität von Stammzellen auswirkt.
Wiederherstellung der Muskelregeneration
Das Team entdeckte, dass Satellitenzellen(öffnet in neuem Fenster) bei fortgeschrittenem Alter den Ruhezustand verlassen und dass einige in eine alternde Phase übergehen, die unumkehrbar ist. Sie verlieren die Möglichkeit der Autophagie und weisen eine unausgeglichene mitochondriale Dynamik(öffnet in neuem Fenster) auf – im Kern bricht die Funktion der internen Zellingenieure zusammen – sodass die Zellen auch keine beschädigten Teile abstoßen können. Diese Ergebnisse öffneten die Tür zu einigen positiven Behandlungsansätzen. „Unser Team hat gezeigt, dass sich die Funktion geriatrischer Stammzellen und die Muskelregeneration wieder erholen, wenn die Autophagie revitalisiert und die mitochondriale Dynamik wiederhergestellt werden“, merkt Muñoz-Cánoves an. Die Forschenden entdeckten auch eine Untergruppe von Stammzellen, die ein höheres regeneratives Potenzial aufweisen als andere. Sie fanden heraus, wie sie diese im hohen Alter aufrecht erhalten können. „All diese Erkenntnisse tragen weit über die Muskelforschung hinaus auch zur regenerativen Medizin bei der Alterung bei“, erklärt sie.
Der erste Stammzellenatlas
Einer der bedeutenden Durchbrüche bei der Arbeit war der Aufbau eines ersten Transkriptomik-Atlas alternder Zellen in vivo. Die Arbeit wurde in dem renommierten Fachmagazin(öffnet in neuem Fenster) „Nature“ veröffentlicht und auch in den „News und Views“ der Ausgabe hervorgehoben. Die Forschenden werden weiterhin Stammzellen untersuchen, um neue Möglichkeiten zu finden, die schädlichen intrinsischen Veränderungen gealterter Stammzellen umzukehren. „Ich bin froh, dass ich neue intrinsische Ursachen für das Altern von Muskelstammzellen, die sich auf die Muskelregeneration auswirken und den Stoffwechsel verändern, sowie neue Mechanismen der Muskelerneuerung unabhängig von Stammzellen gefunden habe“, schließt Muñoz-Cánoves.
Schlüsselbegriffe
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