Forscher finden einen Weg, die Alterung von Stammzellen zu verzögern

Forscher finden einen Weg, die Alterung von Stammzellen zu verzögern

Salk-Wissenschaftler sagen, dass ihre Erkenntnisse zu Strategien zur Behandlung altersbedingter Krankheiten und zur Verbesserung der regenerativen Medizin führen könnten

LA JOLLA, CA – Stammzellen sind wesentliche Bausteine ​​für alle Organismen, von der Pflanze bis zum Menschen. Sie können sich im Laufe des Lebens teilen und erneuern und sich dabei in spezialisierte Gewebe differenzieren, die während der Entwicklung benötigt werden, sowie in Zellen, die für die Reparatur von erwachsenem Gewebe notwendig sind.

Daher können sie als unsterblich betrachtet werden, da sie sich im Laufe des Lebens eines Menschen neu erschaffen und Gewebe regenerieren. Das bedeutet jedoch nicht, dass sie nicht altern. Sie tun dies und verlieren nach und nach ihre Fähigkeit, Gewebe und Organe effektiv zu erhalten.

Jetzt haben Forscher am Salk Institute for Biological Studies eine Reihe biologischer Ereignisse aufgedeckt, die darauf schließen lassen, dass die Umgebung der Stammzellen, die sogenannte „Nische“, für den altersbedingten Verlust von Stammzellen verantwortlich ist. Ihre Ergebnisse wurden am 23. Mai in veröffentlicht Naturhaben Auswirkungen auf die Behandlung altersbedingter Krankheiten und auf die Wirksamkeit der regenerativen Medizin.

Diese Fluoreszenzmikroskopbilder von Hoden junger (links) und alter (rechts) Fruchtfliegen zeigen die Auswirkung des Alterns auf die Stammzellnische (oben in der Mitte). Die Hub-Zellen (rot), die als Teil der unterstützenden Nische der Stammzellen fungieren, exprimieren mehr einer microRNA, die als bekannt ist lass-7 (grün) bei gealterten Fliegen, was die Signaleigenschaften der Hubzellen verändert und dazu führt, dass weniger Stammzellen rund um den Hub zur Gewebeerhaltung zur Verfügung stehen.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Die Ergebnisse deuten beispielsweise darauf hin, dass die Einbringung neuer oder junger Stammzellen in eine alte Umgebung – die eines älteren Patienten – möglicherweise nicht zu den besten Ergebnissen bei der Geweberegeneration führt“, sagt der leitende Forscher der Studie. Leanne Jones, außerordentlicher Professor in Salk's Labor für Genetik.

Stammzellen befinden sich in einer Mikroumgebung anderer Zellen – der Nische –, die bekanntermaßen eine Rolle bei der Stammzellfunktion spielt. Wenn beispielsweise ein Gewebe verletzt wurde, signalisiert die Nische den Stammzellen, neues Gewebe zu bilden. Es wird angenommen, dass Stammzellen und ihre Nische einander Signale senden, um ihre Wirksamkeit ein Leben lang aufrechtzuerhalten.

Doch während der Verlust von Gewebe- und Organfunktionen während des Alterns auf eine Abnahme der Stammzellfunktion zurückgeführt wird, ist unklar, wie dieser Rückgang zustande kommt. Jones‘ Labor hat eine Reihe möglicher Szenarien untersucht, beispielsweise ob der Verlust der Gewebefunktion auf einen Rückgang der Anzahl der Stammzellen, auf die Unfähigkeit der Stammzellen, auf Signale aus ihrer Nische zu reagieren, oder auf eine verminderte Signalübertragung zurückzuführen ist aus der Nische.

Um die Alterung von Stammzellen zu erforschen, nutzt Jones Zellen, die in den Hoden der männlichen Fruchtfliege gefunden werden. Drosophila melanogaster, die denen beim Menschen bemerkenswert ähnlich sind.

Die Forscher zeigen, wie Signale aus der Nische, die für den Erhalt der Vitalität der Stammzellen der Fliegen sorgen, mit der Zeit verloren gehen, was zu einem Rückgang der Anzahl an Stammzellen führt, die für den Erhalt des Gewebes zur Verfügung stehen. Sie zeigen auch, dass die Wiederherstellung dieser Signale die Zellen revitalisiert.

„Das Verhalten von Stammzellen ist bei Fliegen und Menschen ähnlich, daher haben unsere Ergebnisse große Auswirkungen auf Durchbrüche bei der Verwendung von Gewebestammzellen zur Behandlung von altersbedingtem Gewebeschwund oder Regeneration nach einer Verletzung“, sagt Hila Toledano, eine der Erstautorinnen des Papiers ehemaliger Salk-Ermittler, der jetzt an der Universität Haifa in Israel ist.

Die Salk-Forscher entdeckten, dass die Zellen mit zunehmendem Alter der Stammzellnische eine microRNA produzieren (ein Molekül, das eine negative Rolle bei der Produktion von Proteinen aus RNA spielt), bekannt als lass-7. Es ist bekannt, dass diese microRNA bei einer Reihe von Arten, darunter auch beim Menschen, vorkommt und dabei hilft, Ereignisse während der Entwicklung zeitlich zu bestimmen.

Diese Zunahme in lass-7 führt zu einem Dominoeffekt, der einen Schalter beim Altern umlegt, indem er ein Protein namens Imp beeinflusst, dessen Funktion darin besteht, ein anderes Molekül, Upd, zu schützen, das aus einem Schlüsselbereich der Nische abgesondert wird.

Kurz gesagt, Upd fördert die Signalübertragung, die Stammzellen aktiv und in Kontakt mit der Nische hält, damit sie sich selbst erneuern können. Und mit fortschreitendem Alter nimmt der Ausdruck zu lass-7 führt letztendlich zu niedrigeren Upd-Werten und verringert die Anzahl aktiver Stammzellen in der Nische. Was führt zur Ansammlung von lass-7 in der Nische der gealterten Fliegen bleibt noch eine offene Frage.

Die Forscher zeigten auch, dass sie diesen altersbedingten Verlust von Stammzellen durch eine erhöhte Expression von Imp umkehren könnten. „Wir haben den Alterungsschalter ausgeschaltet“, sagt Jones.

Dieses Gegenmittel gegen das Altern kann auf verschiedene Weise erreicht werden, beispielsweise durch Vorbeugung lass-7 davon ab, erhöht zu werden, die Zerstörung von Upd zu blockieren oder die Expression von Imp zu erhöhen. „Diese Forschung eröffnet neue Wege für die Entwicklung von Medikamenten, die darauf abzielen, die eigenen Stammzellen eines Patienten zu stimulieren, um die Folgen des Alterns zu überwinden“, sagt Toledano.

Laut Jones hat die Studie einen Mechanismus aufgedeckt, durch den eine Nische ihre unterstützende Funktion verlieren kann, und gezeigt, dass dies umgekehrt werden kann. „Bei Patienten könnte dies die Co-Transplantation von Komponenten der Nische selbst oder eine Verjüngung der Nische mithilfe einer medikamentösen Therapie zur Unterstützung der transplantierten Stammzellen umfassen“, sagt Jones.

Zu den Co-Autoren gehören Cecilia D'Alterio vom Labor für Genetik in Salk, Benjamin Czech vom Howard Hughes Medical Institute und Cold Spring Harbor Laboratory sowie Erel Levine von der Harvard University.

Die Studie wurde von finanziert G. Harold und Leila Y. Mathers Wohltätigkeitsstiftung, Ellison Medical Foundation, Smaragd-Stiftung, Amerikanische Föderation für Alternsforschung und National Institutes of Health.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Dozenten in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld grundlegende Fragen der Biowissenschaften untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.