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Medizin

07. März 2017 Alterung und Verjüngung von Nischen beeinflussen Stammzellen

Der Alterungsprozess blutbildender Stammzellen wird mit einer verminderten Immunantwort sowie einer erhöhten Blutkrebsrate assoziiert. Nun konnten Wissenschaftler zeigen, dass auch die Stammzellnischen altern – was wiederum ihre "Bewohner" beeinflusst. Der Forschergruppe ist es sogar gelungen, die Nischen und somit auch die entsprechenden blutbildenden Stammzellen zu "verjüngen".
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Mit dem Menschen altern seine blutbildenden Stammzellen. Dieser Alterungsprozess wird mit einer verminderten Immunantwort sowie einer erhöhten Blutkrebsrate assoziiert. Ulmer Forschern um Prof. Hartmut Geiger ist es bereits gelungen, blutbildende Stammzellen „verjüngen“. Nun haben sie den Alterungsprozess der Stammzellnische umgekehrt und die Auswirkungen untersucht: „Wir konnten nun zeigen, dass sich die "Renovierung" des zellulären Eigenheims wie eine Frischzellenkur auf die Nischen-Bewohner auswirkt“, erklärt Seniorautor Prof. Hartmut Geiger, der an der Universität Ulm das Institut für Molekulare Medizin leitet und Mitglied des kürzlich eingerichteten „aging research center“ ist.

Lange Zeit waren Forscher davon überzeugt, dass blutbildende Stammzellen von sich aus altern. Kürzlich ist jedoch eine Diskussion entbrannt, inwiefern Alterungsprozesse in Nischenzellen die Funktionsfähigkeit der hämatopoetischen Stammzellen reduzieren und auch diese „alt aussehen“ lassen. „Mit unseren Forschungsergebnissen liefern wir nun entscheidende Details dafür, die diese Hypothese stützen“, ist auch die Erstautorin der Studie überzeugt, Novella Guidi, die als Doktorandin an Geigers Institut forscht.

Eine Schlüsselrolle in der Studie der Stammzellforscher spielten unter den untersuchten Nischenzellen die Osteoblasten. Diese Zelltypen sind eigentlich für die Bildung von Knochengewebe beim Knochenumbau verantwortlich. Doch hier stehen sie im Fokus, weil diese Zellen eben auch Bestandteile der Einhäusung sind, in die die blutbildenden Stammzellen eingebettet sind. Die Wissenschaftler haben nun entdeckt, dass alternde Osteoblasten immer weniger Osteopontin produzieren und vorhalten. Dieses Eiweiß spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Knochensubstanz und ist zugleich an zahlreichen Immunprozessen beteiligt. Mangelt es den alternden Nischenzellen an Osteopontin, kommt es auch in den blutbildenden Stammzellen zu einer Unterversorgung – und mit der Nische altert auch die Stammzelle selbst. Sie reagiert mit einer reduzierten Stammzellfunktion; das heißt die Teilungs- und Regenerationsfähigkeit ist vermindert. Noch faszinierender war für die Wissenschaftler die Beobachtung, dass der Prozess reversibel ist. So konnten durch die Gabe von Osteopontin gealterte Stammzellen wieder verjüngt werden. Vermutet wird, dass Glykoprotein die Aktivität eines bestimmten Schalters bestimmt (RhoGTPase Cdc42) , der spezielle Signalübertragungsketten steuert, die für den Ablauf von Alterungs- bzw. von Regenerationsprozessen entscheidend sind.
 
Immunfluoreszenzfärbung des trabekulären Knochenmarks (OPN: rot). Osteoblasten (blau) finden sich nahe der Knochenmatrix und im Endost. Dort bilden sie eine Nische für blutbildende Stammzellen. © Mehmet Sacma
Immunfluoreszenzfärbung des trabekulären Knochenmarks (OPN: rot). Osteoblasten (blau) finden sich nahe der Knochenmatrix und im Endost. Dort bilden sie eine Nische für blutbildende Stammzellen. © Mehmet Sacma


Die Verjüngung der Knochenmarks-Stammzellnische könnte dazu führen, dass alte Stammzellen wieder gesunde Blutzellen bilden: „Unsere Studie zeigt daher spannende und vor allem neuartige Möglichkeiten auf, um ein besseres Immunsystem und möglicherweise weniger Blutkrebs im Alter zu erreichen, indem man die Alterung der Stammzellnische therapeutisch beeinflusst“, erklärt Prof. Geiger, der auch am Cincinnati Children´s Hospital Medical Center forscht. Natürlich könnten diese im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse nicht direkt auf die Behandlung von Patienten übertragen werden, sie lieferten jedoch interessante Ansatzpunkte.

Quelle: Universität Ulm

Literatur:

Novella Guidi, Mehmet Sacma, Ludger Ständker et al.
Osteopontin attenuates aging-associated phenotypes of hematopoietic stem cells.
EMBO Journal. DOI: 10.15252/embj.201694969
http://emboj.embopress.org/content/early/2017/03/01/embj.201694969


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