Stammzellen liefern neue Hinweise auf die Glut von Gliazellen beim Down-Syndrom, Glioblastom und der Alzheimer-Krankheit

13. März 2009

Stammzellen liefern neue Hinweise auf die Glut von Gliazellen beim Down-Syndrom, Glioblastom und der Alzheimer-Krankheit

13. März 2009

La Jolla, Kalifornien – Ein neu identifizierter molekularer Weg, der Stammzellen dazu bringt, Gliazellen zu produzieren, liefert Einblicke in die Neurobiologie des Down-Syndroms und einer Reihe von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, die durch zu viele Gliazellen gekennzeichnet sind, so eine aktuelle Studie von Forschern des La Jolla, Kalifornien Salk-Institut für biologische Studien.

Ihre Ergebnisse werden am 13. März in der Online-Ausgabe von veröffentlicht Zelltod und Differenzierungweisen darauf hin, dass Synaptojanin-1, ein zentraler Bestandteil des Signalwegs, für die Produktion von Gliazellen, Gehirnzellen, die als persönliche Assistenten der Neuronen fungieren, essentiell ist. Down-Syndrom, Rückenmarksverletzungen, Alzheimer und Schlaganfall sind alle durch eine Überproduktion von Gliazellen verbunden. Das Verständnis dieses molekularen Signalwegs könnte auch Auswirkungen auf die Entstehung von Glioblastomen haben, der häufigsten und bösartigsten Art von Hirntumor.

Da die Relevanz von Glia für die Funktion und Pathologie des menschlichen Zentralnervensystems bereits weithin anerkannt ist, sagte Salk-Professor David Schubert, der das Labor für Zelluläre Neurobiologie leitet, stellt fest: „Die Entdeckung dieses molekularen Signalwegs verspricht, die Art und Weise, wie wir über Erkrankungen des Zentralnervensystems denken, völlig zu verändern und die Entwicklung von Medikamenten zu ermöglichen, die die Glia-Proliferation hemmen und die Prognose von Patienten mit einem Wirt verbessern.“ verheerender Zustände.

Das Down-Syndrom ist mit einer Häufigkeit von 1 von 800 Geburten die häufigste Ursache für geistige Behinderung. Kognitive Defizite sowie Veränderungen in der Grundzusammensetzung des Gehirns werden kurz nach der Geburt beobachtet und spiegeln Probleme in der Gehirnentwicklung wider. Obwohl bekannt ist, dass das Down-Syndrom durch eine zusätzliche Kopie des Chromosoms 21 verursacht wird, bleiben die genauen genetischen Details weitgehend ein Rätsel.

Zu den bekannten Anomalien im Gehirn von Patienten mit Down-Syndrom gehört eine überdurchschnittlich große Anzahl von Gliazellen und möglicherweise weniger Nervenzellen. Der Grund für diese Merkmale ist jedoch unklar. Mithilfe einer neuen Massenspektrometrietechnik und Stammzellen, die entweder Neuronen oder Glia produzieren können, identifizierte ein Team von Salk-Forschern unter der Leitung des Erstautors Federico Herrera, Ph.D., einem leitenden Wissenschaftler am Cellular Neurobiology Laboratory, eine molekulare Signalübertragung Weg, der für die Produktion von Gliazellen erforderlich ist.

Anschließend versuchten er und seine Kollegen herauszufinden, ob der Signalweg bei Patienten mit Down-Syndrom und einem Mausmodell der Erkrankung aktiver war. Sie fanden heraus, dass der Spiegel eines Proteins namens Synaptojanin-1, das im Chromosom 21 kodiert ist, in beiden Fällen viel höher ist und stark mit einer größeren Anzahl von Gliazellen korreliert.

„Angesichts des erforderlichen Gleichgewichts zwischen der Anzahl von Neuronen und Glia in einem normalen Gehirn kann ein Überschuss an Glia zu den kognitiven Defiziten beitragen, die das Down-Syndrom charakterisieren“, sagt Herrera. Das Team fand außerdem heraus, dass Synaptojanin-1 für die Produktion von Neuronen nicht erforderlich ist, und identifizierte den bestimmten Teil des Synaptojanin-1-Moleküls, der für die Bildung von Glia verantwortlich ist. „Dies ist ein entscheidender erster Schritt zur Identifizierung von Medikamenten, die gezielt die übermäßige Proliferation von Gliazellen im Zusammenhang mit dem Down-Syndrom blockieren und möglicherweise die Produktion von mehr Neuronen fördern“, fügt Herrera hinzu.

Darüber hinaus gehen die medizinischen Implikationen dieser Entdeckung über das Down-Syndrom hinaus. Ein Überschuss an Gliazellen schadet laut Schubert der Regeneration der Nerven nach einer Wirbelsäulenverletzung. „Es wird angenommen, dass die abnormale Ansammlung von Gliazellen um die Stelle der Wirbelsäulenverletzung, die sogenannte Glia-Narbe, die Nervenregeneration aktiv hemmt“, sagt er.

Eine erhöhte Produktion von Gliazellen wird häufig auch bei anderen Erkrankungen beobachtet, einschließlich Schlaganfall und neurodegenerativen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit, und kann zu den damit verbundenen Hirnschäden beitragen. Interessanterweise entwickelt ein großer Teil der Down-Syndrom-Patienten bereits in jungen Jahren die Alzheimer-Krankheit, und Herrera glaubt, dass ein höherer Anteil an Gliazellen ein Faktor sein könnte, der dazu beiträgt.

Eine abnormale Gliaproduktion ist auch mit Glioblastomen verbunden, dem häufigsten und bösartigsten Hirntumor, der vermutlich durch die unangemessene Bildung von Gliazellen aus Hirnstammzellen verursacht wird. Während sich normale Gliazellen nur dann vermehren, wenn das Gehirn eine Verletzung erleidet, vermehren sich die defekten Gliazellen in Glioblastomen spontan. „In diesem Fall könnten unsere Erkenntnisse genutzt werden, um Tumorzellen in normale Gliazellen umzuwandeln“, sagt Herrera.

Die Studie wurde mit Unterstützung der Bundy Foundation, dem Shiley Trust for Alzheimer's Research und einem Stipendium für Stammzellenforschung des Instituto de Salud Carlos III finanziert.

Zusätzlich zu Hererra und Schubert trugen die leitenden Wissenschaftler Qi Chen, Ph.D., und Pamela Maher, Ph.D., von der Gruppe „Zelluläre Neurobiologie“ sowie Wolfgang Fischer, Ph.D., vom Salk Peptide Biology-Labor dazu bei die Forschung.

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.