Salk-Forscher programmieren adulte Stammzellen in ihrer natürlichen Umgebung neu

1. Juli 2008

Salk-Forscher programmieren adulte Stammzellen in ihrer natürlichen Umgebung neu

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1. Juli 2008

La Jolla, Kalifornien – In den letzten Jahren haben Stammzellforscher große Fähigkeiten darin entwickelt, das Schicksal erwachsener Stammzellen, die im Labor kultiviert werden, zu manipulieren. Nun gelang Forschern am Salk Institute for Biological Studies das gleiche Kunststück mit adulten neuralen Stammzellen, die sich noch im Gehirn befinden. Es gelang ihnen, Hirnstammzellen von Mäusen erfolgreich dazu zu bringen, sich dem neuronalen Netzwerk anzuschließen und sich stattdessen in Unterstützungszellen zu differenzieren.

Die Entdeckung, die vorab veröffentlicht wird Naturneurowissenschaften Die Website beweist nicht nur die Vielseitigkeit neuronaler Stammzellen, sondern eröffnet auch neue Wege für die Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Multipler Sklerose, Schlaganfall und Epilepsie, die nicht nur neuronale Zellen betreffen, sondern auch die Funktion von Glia-Stützzellen stören .

„Wir wussten, dass die Geburt und der Tod erwachsener Stammzellen im Gehirn durch Erfahrung beeinflusst werden können, aber wir waren überrascht, dass ein einzelnes Gen das Schicksal von Stammzellen im Gehirn verändern könnte“, sagt der Hauptautor der Studie. Fred H. Gage, Ph.D., Professor am Labor für Genetik und am Vi und John Adler-Lehrstuhl für Forschung zu altersbedingten neurodegenerativen Erkrankungen.

Im Laufe des Lebens erzeugen erwachsene neurale Stammzellen neue Gehirnzellen in zwei kleinen Bereichen des Gehirns von Säugetieren: dem Riechkolben, der Gerüche verarbeitet, und dem Gyrus dentatus, dem zentralen Teil des Hippocampus, der an der Bildung von Erinnerungen und dem Lernen beteiligt ist.

Nach der Teilung dieser Stammzellen müssen sich ihre Vorläufer zwischen mehreren Optionen entscheiden: Sie bleiben eine Stammzelle, verwandeln sich in eine Nervenzelle, auch Neuron genannt, oder werden Teil des Unterstützungsnetzwerks des Gehirns, zu dem Astrozyten und Oligodendrozyten gehören.

Astrozyten sind sternförmige Gliazellen, die Neuronen an Ort und Stelle halten, sie ernähren und Teile toter Neuronen verdauen. Oligodendrozyten sind spezialisierte Zellen, die sich eng um Axone wickeln, die langen, haarähnlichen Fortsätze von Nervenzellen, die Nachrichten von einem Neuron zum nächsten übermitteln. Sie bilden eine fettige Isolationsschicht, bekannt als Myelin, die die Ausbreitung elektrischer Signale entlang der Axone beschleunigt.

Wenn erwachsene neurale Stammzellen in einer Petrischale verwöhnt und verwöhnt werden, können sie dazu angeregt werden, sich in jede Art von Gehirnzelle zu differenzieren. Es wird jedoch angenommen, dass die Karrieremöglichkeiten neuronaler Stammzellen in ihrer natürlichen Umgebung im Gehirn größtenteils auf Neuronen beschränkt sind.

„Wenn wir Stammzellen im Labor züchten, fügen wir viele Wachstumsfaktoren hinzu, was zu künstlichen Bedingungen führt, die uns möglicherweise nicht viel über die Stammzellen verraten in vivo Situation“, erklärt Erstautor Sebastian Jessberger, MD, früher Postdoktorand in Gages Labor und jetzt Assistenzprofessor am Institut für Zellbiologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. „Daher wissen wir nicht viel über die tatsächliche Plastizität neuronaler Stammzellen in ihrer Nische im erwachsenen Gehirn.“

Um zu testen, ob Stammzellen in ihrer erwachsenen Gehirnumgebung immer noch ausgetretene Pfade verlassen und ihr Schicksal ändern können, nutzte Jessberger Retroviren, um neuronale Stammzellen und ihre Nachkommen im Gyrus dentatus von Labormäusen genetisch zu manipulieren. Unter normalen Bedingungen differenziert sich die Mehrheit der neugeborenen Zellen zu Neuronen. Als er Ascl1 einführte, von dem zuvor gezeigt wurde, dass es an der Bildung von Oligodendrozyten und inhibitorischen Neuronen beteiligt ist, gelang es ihm, das Schicksal neugeborener Zellen von einer neuronalen auf eine oligodendrozytische Linie umzulenken.

„Es war ziemlich überraschend, dass Stammzellen im erwachsenen Gehirn ihre Schicksalsplastizität behalten und dass ein einziges Gen ausreichte, um diese Zellen umzuprogrammieren“, sagt Jessberger. „Wir können jetzt möglicherweise das Schicksal von Stammzellen anpassen, um bestimmte Erkrankungen wie Multiple Sklerose zu behandeln.“

Bei Patienten mit Multipler Sklerose greift das Immunsystem Oligodendrozyten an, was zu einer Ausdünnung der Myelinschicht führt und die Fähigkeit der Neuronen beeinträchtigt, elektrische Signale effizient weiterzuleiten. Die Möglichkeit, neurale Stammzellen dazu zu bringen, sich in Oligodendrozyten zu differenzieren, kann die Symptome lindern.

Zu den Forschern, die ebenfalls an der Studie mitgewirkt haben, gehören die Postdoktoranden Nicolas Toni, Ph.D., Gregory D. Clemenson Jr, Ph.D. und Jasodhara Ray, Ph.D., alle im Labor für Genetik.

Das Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien, ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation, die sich grundlegenden Entdeckungen in den Biowissenschaften, der Verbesserung der menschlichen Gesundheit und der Ausbildung zukünftiger Forschergenerationen widmet. Jonas Salk, MD, dessen Polio-Impfung 1955 die lähmende Krankheit Poliomyelitis nahezu ausgerottet hatte, eröffnete das Institut 1965 mit einer Landspende der Stadt San Diego und der finanziellen Unterstützung des March of Dimes.