Kann sich das Gehirn nach einer Verletzung oder Erkrankung regenerieren?
Krebs, Schlaganfall und Kopfverletzungen können zu kognitiven Störungen und damit zu einer Verschlechterung der Lebensqualität führen. Aber was wäre, wenn das menschliche Gehirn in der Lage wäre, sich selbst zu regenerieren und so im Wesentlichen alle durch Verletzungen oder Krankheiten verursachten Schäden zu beseitigen? Das ist der Ansatz, den das EU-finanzierte Projekt REBUILDCNS verfolgte. „Bestimmte Arten wie Zebrafische und Axolotl haben die Fähigkeit, ihr Gehirn zu regenerieren“, sagt Ana Martin-Villalba, molekulare Neurobiologin am Deutsches Krebsforschungszentrum. „Obwohl Säugetiere die gleichen Gene wie diese anderen Arten haben, teilen wir nicht ihre Regenerationsfähigkeit.“ Das vom Europäischen Forschungsrat unterstützte Projekt untersuchte die intrinsischen Reaktionen und Mechanismen in Säugetieren, die die Regeneration des Gehirns entweder hemmen oder möglicherweise erleichtern.
Die Rolle der Entzündungsreaktion
Zunächst wurde im Rahmen des Projekts erforscht, welche Rolle die Entzündungsreaktion – die Reaktion des Immunsystems auf schädliche Reize – bei der Regeneration spielt. „Wir wissen zwar, dass regenerationsfähige Organismen Entzündungen nutzen, um Regenerationsprogramme zu aktivieren, aber bei Säugetieren führt dieser Prozess nicht zu einer signifikanten Regeneration“, erklärt Martin-Villalba. Dabei entdeckten die Forschenden, dass Interferone, von denen man lange Zeit annahm, dass sie die Entzündungsreaktion auf Viren und Verletzungen regulieren, auch eine zentrale Rolle bei der Funktionalität von Stammzellen spielen. „Interessanterweise unterstützen Interferone die Funktion der Stammzellen in einem jungen Gehirn, während sie sich in älteren Gehirnen als schädlich erweisen“, fügt Martin-Villalba hinzu. Stammzellen sind jene Zellen, aus denen alle anderen Zellen mit spezialisierten Funktionen hervorgehen. Um die Gründe dafür besser zu verstehen, hat sich das Projekt eingehend mit der DNA-Methylierung befasst – einer chemischen Veränderung der DNA und anderer Moleküle, die entscheidend bei der Regulierung der frühen Entwicklung des Menschen und anderer Säugetiere mitwirken.
Fortschritte bei der Regeneration
Die Forschenden fanden heraus, dass Veränderungen der DNA-Methylierung einen entscheidenden frühen Wegpunkt bei der Entstehung einer Stammzelle definieren. „Wir haben die DNA-Methylierung als die molekulare Schlüsselebene ermittelt, die die Stammzellenbildung bestimmt, die wiederum wichtig im Bereich der regenerativen Medizin ist“, kommentiert Martin-Villalba. Unter Stammzelleigenschaften versteht man die Fähigkeit einer Zelle zur Selbsterneuerung und Differenzierung. In der Praxis bedeutet dies, dass es eine große Hoffnung gibt, dass die Behandlung von Hirnverletzungen, z. B. nach einem Schlaganfall, in Zukunft auf der Aktivierung des latenten neurogenen Potenzials des Gehirns beruhen könnte. „Diese Entdeckung ebnet den Weg für potenzielle therapeutische Fortschritte zur besseren Regeneration und Bewältigung des altersbedingten Rückgangs der Regenerationsfähigkeit“, bemerkt Martin-Villalba.
Unser Verständnis der Stammzellbiologie neu gestalten
Das Projekt REBUILDCNS hat zusammen mit seinen anderen Ergebnissen dazu beigetragen, eine Kernfrage der Neurobiologie zu beantworten, indem es die DNA-Methylierung als Wächter für das Zellschicksal im Gehirn identifiziert hat. Es eröffnete zudem einen neuen Blickwinkel für die Stammzellbiologie. „Unsere bahnbrechende Forschung hat unser Verständnis der Stammzellenbiologie grundlegend verändert und insbesondere das Potenzial der Manipulation der DNA-Methylierung hervorgehoben, um die Stammzellen in einer ansonsten schlafenden Zelle zu aktivieren und damit die Regenerationsfähigkeit des Gehirns zu verbessern“, schließt Martin-Villalba. „Dies deutet auf noch nie dagewesene Fortschritte in der regenerativen Medizin hin.“ Die Forschenden arbeiten derzeit daran, die DNA-Methylierung zu steuern, um eine Krebszelle in die entgegengesetzte Richtung zu schicken, die sie zur Regeneration benötigt. Die Hoffnung besteht darin, die Stammzelleigenschaften einer Krebszelle umzukehren und so ihr Wachstum zu verhindern.
Schlüsselbegriffe
REBUILDCNS, Gehirn, Gehirnregeneration, Krankheit, Krebs, Schlaganfall, Kopfverletzungen, kognitive Beeinträchtigung, Entzündungsreaktion, Stammzellen, DNA-Methylierung, Biologie, Neurobiologie
