Neue Studie zeigt, wie Muskelregeneration und Gewebeaufbau gefördert werden können

Neue Studie zeigt, wie Muskelregeneration und Gewebeaufbau gefördert werden können

Salk-Forschung enthüllt Hinweise auf molekulare Veränderungen, die mit Muskelverlust im Alter verbunden sind

LA JOLLA – Einer der vielen Effekte des Alterns ist der Verlust von Muskelmasse, der zu Behinderungen bei älteren Menschen beiträgt. Um diesem Verlust entgegenzuwirken, erforschen Wissenschaftler am Salk Institute Wege zur Beschleunigung der Regeneration von Muskelgewebe, wobei sie eine Kombination von Molekülverbindungen verwenden, die häufig in der Stammzellforschung eingesetzt werden.

In einer am 25. Mai 2021 veröffentlichten Studie in Nature Communications, die Ermittler zeigten, dass die Verwendung dieser Verbindungen die Regeneration von Muskelzellen bei Mäusen durch die Aktivierung von Vorläufern von Muskelzellen, sogenannten myogenen Vorläufern, erhöhte. Obwohl noch weitere Arbeiten erforderlich sind, bevor dieser Ansatz beim Menschen angewendet werden kann, liefert die Forschung Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen der Muskelregeneration und des Muskelwachstums und könnte eines Tages Sportlern sowie älteren Erwachsenen helfen, Gewebe effektiver zu regenerieren.

“Der Verlust dieser Vorläuferzellen wird mit altersbedingter Muskulaturdegeneration in Verbindung gebracht”, sagt Salk-Professor Juan Carlos Izpisua Belmonte, dem leitenden Autor der Arbeit. “Unsere Studie deckt spezifische Faktoren auf, die in der Lage sind, die Muskelregeneration zu beschleunigen, und enthüllt gleichzeitig den Mechanismus, durch den dies geschah.”

Die in der Studie verwendeten Verbindungen werden oft nach dem japanischen Wissenschaftler, der sie entdeckte, Yamanaka-Faktoren genannt. Yamanaka-Faktoren sind eine Kombination von Proteinen (sogenannte Transkriptionsfaktoren), die steuern, wie DNA für die Übersetzung in andere Proteine kopiert wird. In der Laborforschung werden sie verwendet, um spezialisierte Zellen, wie Hautzellen, in stammzellähnlichere Zellen umzuwandeln, die plurpotent sind, was bedeutet, dass sie die Fähigkeit haben, sich in viele verschiedene Zelltypen zu differenzieren.

“Unser Labor hat zuvor gezeigt, dass diese Faktoren Zellen verjüngen und die Geweberegeneration bei lebenden Tieren fördern können”, sagt der Erstautor Chao Wang, ein Postdoktorand im Labor von Izpisua Belmonte. “Aber wie dies geschieht, war bisher nicht bekannt.”

Die Muskelregeneration wird durch Muskelstammzellen, auch Satellitenzellen genannt, vermittelt. Satellitenzellen befinden sich in einer Nische zwischen einer Bindegewebsschicht (Basallamina) und Muskelfasern (Myofasern). In dieser Studie verwendete das Team zwei verschiedene Mausmodelle, um die spezifischen Veränderungen von Muskelstammzellen oder der Nische nach Zugabe von Yamanaka-Faktoren zu identifizieren. Sie konzentrierten sich auf jüngere Mäuse, um die Auswirkungen der Faktoren unabhängig vom Alter zu untersuchen, da diese Faktoren die Zellidentität verändern und so die Zellalterung rückgängig machen können, was die Regeneration des Gewebes unterstützt.

Im myofaser-spezifischen Modell fanden sie heraus, dass die Zugabe der Yamanaka-Faktoren die Muskelregeneration bei Mäusen beschleunigte, indem sie die Spiegel des Proteins Wnt4 in der Nische reduzierten, was wiederum die Satellitenzellen aktivierte. Im Gegensatz dazu aktivierten die Yamanaka-Faktoren im satellitenzell-spezifischen Modell die Satellitenzellen nicht und verbesserten die Muskelregeneration nicht, was darauf hindeutet, dass Wnt4 eine entscheidende Rolle bei der Muskelregeneration spielt.

Laut Izpisua Belmonte, Inhaber des Roger-Guillemin-Lehrstuhls, könnten die Beobachtungen dieser Studie schließlich zu neuen Behandlungen führen, indem Wnt4 gezielt eingesetzt wird.

“Unser Labor hat kürzlich neuartige Gen-Editierungstechnologien entwickelt, die zur Beschleunigung der Muskelregeneration nach Verletzungen und zur Verbesserung der Muskelfunktion eingesetzt werden könnten”, sagt er. “Wir könnten diese Technologie potenziell nutzen, um entweder direkt die Wnt4-Spiegel im Skelettmuskel zu senken oder die Kommunikation zwischen Wnt4 und Muskelstammzellen zu blockieren.”

Die Forscher untersuchen auch andere Wege zur Verjüngung von Zellen, darunter den Einsatz von mRNA und Gentechnik. Diese Techniken könnten schließlich zu neuen Ansätzen zur Förderung der Gewebe- und Organregeneration führen.

Weitere Autoren waren: Ruben Rabadan Ros, Paloma Martinez Redondo, Zaijun Ma, Lei Shi, Yuan Xue, Isabel Guillen-Guillen, Ling Huang, Tomoaki Hishida, Hsin-Kai Liao, Concepcion Rodriguez Esteban und Pradeep Reddy vom Salk Institute; Estrella Nuñez Delicado von der Universidad Católica San Antonio de Murcia in Spanien; und Pedro Guillen Garcia von der Clinica CEMTRO in Spanien.

Die Arbeit wurde finanziert durch NIH-NCI CCSG: P30 014195, den Helmsley Trust, die Fundacion Ramon Areces, die Asociación de Futbolistas Españoles (AFE), die Fundacion Pedro Guillen, die Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM), die Moxie Foundation und CIRM (GC1R-06673-B).

DOI: 10.1038/s41467-021-23353-z