Mit dem Haus altern die Bewohner

Alterung und Verjüngung von Stammzellen

Mit dem Menschen altern seine blutbildenden Stammzellen. Einer Forschergruppe der Universität Ulm ist es nun gelungen, den Alterungsprozess zu identifizieren und sogar blutbildende Stammzellen zu verjüngen.

Immunfluoreszenzfärbung

Immunfluoreszenzfärbung des Knochenmarks: Osteoblasten (blau) bilden nahe der Knochenmatrix im Endost eine Nische für blutbildende Stammzellen | © Mehmet Sacma

Der Alterungsprozess blutbildender Stammzellen wird mit einer verminderten Immunantwort und einer erhöhten Blutkrebsrate in Verbindung gebracht. Die Wissenschaftler um Prof. Hartmut Geiger konnten nun nachweisen, dass auch die Stammzellnischen altern und konnten den Effekt sogar umkehren, die Zellen also verjüngen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher nun online im EMBO Journal. Geforscht wurde an der Universität Ulm und am Cincinnati Children's Hospital Medical Center.

Alterung und Verjüngung

Wie der Name bereits andeutet, sind die blutbildenden Stammzellen für die Bildung von Blutzellen zuständig. Sie sind in sogenannte Nischen eingebettet, die sie als schützende Einhäusung nutzen und die sie in ihrer Funktion regulieren. Forscher fanden nun heraus, dass nicht nur die blutbildenden Stammzellen selbst altern, sondern auch die Zellen selbst, die die Nischen bilden. Sie liefern Belege dafür, dass Alterungsprozesse in Nischenzellen die Regenerationsfähigkeit von Stammzellen beeinflussen und damit auch die blutbildenden Zellen altern lassen. Lange Zeit waren Forscher davon überzeugt, dass blutbildende Stammzellen von sich aus altern.

Ersatz von Knochenmark

In einer aktuellen Studie berichten Dresdner Wissenschaftler des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus, wie Erkrankungen des Knochenmarks auch die Knochenstruktur selbst schädigen können. Bei myelodysplastischen Syndromen (MDS) ist die Maschinerie der Blutbildung aus Stammzellen gestört.

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Eine neu entflammte Diskussion um den Einfluss des Alterungsprozesses der Nischenzellen auf die Funktionsfähigkeit der hämatopoetischen Stammzellen löste diese Untersuchung aus. „Mit diesen Forschungsergebnissen liefern wir nun entscheidende Details dafür, die diese Hypothese stützen", ist die Erstautorin der Studie, Novella Guidi, überzeugt. Eine Schlüsselrolle spielten die Osteoblasten, die eigentlich für die Bildung von Knochengewebe beim Knochenumbau zuständig sind. Sie sind jedoch auch Bestandteile der Einhäusung, in die die blutbildenden Stammzellen eingebettet sind.

Mangel an Osteopontin

Prof. Hartmut Geiger
Prof. Hartmut Geiger © Grandel/Uniklinik Ulm

Die Forscher aus Ulm und Cincinnati haben nun entdeckt, dass alternde Osteoblasten weniger Osteopontin produzieren und vorhalten. Da dieses Eiweiß entscheidend bei der Erhaltung der Knochensubstanz und an zahlreichen Immunprozessen beteiligt ist, wirkt es sich auf die Alterung der Zellen aus. Wenn es der alternden Nischenzelle an Osteopontin mangelt, leiden auch die blutbildenden Stammzellen an einer Unterversorgung. Somit altert mit der Nische auch die Stammzelle selbst. Dies bedeutet eine reduzierte Stammzellfunktion, also eine verminderte Teilungs- und Regenerationsfähigkeit. Besonders innovativ war hier, dass die Forscher diesen Prozess umkehren konnten. Durch die Gabe von Osteopontin konnten gealterte Stammzellen verjüngt werden.

Der Prozess, dass mit dem Menschen auch seine blutbildenden Stammzellen altern, wird mit einer verminderten Immunantwort und einer erhöhten Blutkrebsrate in Verbindung gesetzt. Da die Ulmer Forscher nun die blutbildenden Stammzellen verjüngt haben, können sie die Auswirkungen dieser Verjüngung untersuchen. „Wir können nun zeigen, dass sich die 'Renovierung' des zellulären Eigenheims wie eine Frischzellenkur auf die Nischen-Bewohner auswirkt", erklärt Seniorautor Prof. Hartmut Geiger. Die Verjüngung der Knochenmarks-Stammzellennische könnte dazu führen, dass alte Stammzellen wieder gesunde Blutzellen bilden.

Die Forscher vermuten, dass das Glykoprotein Osteopontin die Aktivität eines bestimmten Schalters bestimmt (RhoGTPase Cdc42), der spezielle Signalübertragungsketten steuert, die für den Ablauf von Alterungs- bzw. von Regenerationsprozessen entscheidend sind. „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. (idw, red)

 

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.