Vorläuferzellen (grün) im LGE, der Region im Gehirn, die die meisten adulten neuralen Stammzellen bildet. Bild: Helmholtz Zentrum München/Sven Falk
Wie Stammzellen in einem bestimmten Stadium der Embryonalentwicklung Tochterzellen bilden,... Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson, aber auch ein Schlaganfall oder bestimmte Verletzungen, führen zum Verlust von Nervenzellen. Da das Säugetiergehirn verlorene Nervenzellen nur in einzelnen, kleinen Bereichen selbst ersetzen kann, ist dieser Zellverlust meist bleibend. Nur in bestimmten, eng begrenzten Gehirnarealen werden auch bei Erwachsenen neue Nervenzellen gebildet. Die Ursprungszellen für diese Neurogenese sind die adulten neuralen Stammzellen. Wie diese Stammzellen entstehen, ist noch weitgehend unbekannt. Wissenschaftler um Prof. Dr. Magdalena Götz, Direktorin des Instituts für Stammzellforschung (ISF) am Helmholtz Zentrum München und Lehrstuhlinhaberin des Instituts für Physiologische Genomik am Biomedizinischen Centrum der LMU, haben nun im Rahmen einer internationalen Kooperation gezeigt, dass schon die Art und Weise, wie sich Stammzellen während der Embryonalentwicklung teilen, die Bildung der adulten neuralen Stammzellen entscheidend beeinflusst. Während der embryonalen Entwicklung gibt es viele Vorläuferzellen (Stammzellen), die neue Nervenzellen bilden. Allerdings bleiben nur wenige dieser Vorläuferzellen auch im erwachsenen Organismus als adulte neurale Stammzellen erhalten. Um zu verstehen, warum einige Zellen diese Fähigkeit behalten und andere nicht, haben die Wissenschaftler Stammzellen des sich entwickelnden Maus-Embryos, sogenannte radiale Gliazellen, untersucht. Aus diesen Zellen können bei der Teilung einerseits Nervenzellen hervorgehen, andererseits aber auch adulte neurale Stammzellen, die später in einem bestimmten Bereich des Gehirns angesiedelt sind, der sogenannten lateralen Wand des lateralen Ventrikels. Die aus diesen adulten Stammzellen neu gebildeten Nervenzellen wandern anschließend in den Hirnbereich, der für den Geruchssinn zuständig ist, und können dort verlorene Nervenzellen ersetzen.
Wie werden Stammzellen geteilt?
„Wir konnten nun nachweisen, dass die Teilungsebene der embryonalen Vorläuferzellen die Entstehung der adulten Stammzellen entscheidend beeinflusst“, sagt Götz. Die Teilungsebene bestimmt, auf welche Weise die Zelle bei der Teilung durchtrennt wird. Wenn man sich die Zelle als längliches Gebilde vorstellt, liegt die Teilungsebene der meisten Vorläuferzellen annähernd senkrecht (60-90°) zur apikalen Zelloberfläche, dem Teil der Zelloberfläche der zum Ventrikel, dem flüssigkeitsgefüllten Hohlraum des Gehirns, gerichtet ist. Dies ist auch die Position der Teilungsebene, bei der der Ertrag an adulten Stammzellen am höchsten ist: Als die Wissenschaftler die Zellen mithilfe genetischer Modifikationen so veränderten, dass sie sich zufällig teilten – es also mehr „schiefe“ oder „horizontale“ Teilungsebenen gab als vorher – entstanden weniger adulte Stammzellen. Ein entscheidender Faktor ist zudem der Zeitpunkt der Zellteilung: Adulte Stammzellen werden nur während einer bestimmten, zeitlich eng begrenzten Phase der Entwicklung gebildet. Spätere Änderungen der Teilungsebene hatten keinen Einfluss mehr auf die Zahl der adulten Stammzellen. Wie viele adulte Stammzellen vorhanden sind, ist für die Instandhaltung und Regenerationsfähigkeit des Gehirns essenziell, denn diese Zellen stehen nicht endlos zur Verfügung, sondern können nur eine bestimmte Anzahl neuer Nervenzellen bilden. „Wenn wir wissen, wie die Bildung adulter neuraler Stammzellen reguliert wird, könnten wir versuchen, diese Fähigkeit auch in anderen embryonalen neuralen Stammzellen beizubehalten oder sie sogar anderen Zellen beizubringen. Unsere Arbeit ist ein wichtiger Beitrag dazu“, sagt ISF-Wissenschaftler Dr. Sven Falk, der Erstautor der Studie.Weitere Informationen
Original-Publikation:Falk, S. et al. (2017): Time-specific effects of spindle positioning on embryonic progenitor pool composition and adult neural stem cell seeding. Neuron, doi: 10.1016/j.neuron.2017.02.009
Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. Das Institut für Stammzellforschung (ISF) untersucht die grundlegenden molekularen und zellulären Mechanismen der Stammzellerhaltung und -differenzierung. Daraus entwickelt das ISF Ansätze, um defekte Zelltypen zu ersetzen, entweder durch Aktivierung ruhender Stammzellen oder Neuprogrammierung anderer vorhandener Zelltypen zur Reparatur. Ziel dieser Ansätze ist die Neubildung von verletztem, krankhaft verändertem oder zugrunde gegangenem Gewebe. Die LMU ist eine der führenden Universitäten in Europa mit einer über 500-jährigen Tradition. Sie bietet ein breites Spektrum aller Wissensgebiete – die ideale Basis für hervorragende Forschung und ein anspruchsvolles Lehrangebot. Es reicht von den Geistes- und Kultur- über Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften bis hin zur Medizin und den Naturwissenschaften. 15 Prozent der 50.000 Studierenden kommen aus dem Ausland – aus insgesamt 130 Nationen. Das Know-how und die Kreativität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bilden die Grundlage für die herausragende Forschungsbilanz der Universität. Der Erfolg der LMU in der Exzellenzinitiative, einem deutschlandweiten Wettbewerb zur Stärkung der universitären Spitzenforschung, dokumentiert eindrucksvoll die Forschungsstärke der Münchener Universität.