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Interferon: Wecker für ruhende Hirnstammzellen

Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben ein molekulares Profil der neuronalen Stammzellen im Gehirn von Mäusen erarbeitet und festgestellt, dass offenbar Interferon gamma bestimmte ruhende neuronale Stammzellen aktivieren kann. Der Botenstoff kann damit möglicherweise genutzt werden, um Hirnstammzellen nach Verletzungen oder bei degenerativen Erkrankungen gezielt zu stimulieren.

Jahrzehntelang waren Forscher davon überzeugt, dass es sie gar nicht gibt: Neuronale Stammzellen, die für die Regeneration im Gehirn sorgen. Inzwischen wurden diese Zellen bei allen Säugetieren nachgewiesen. Sie kommen vorwiegend in zwei definierten Bereichen des Gehirns vor: Im Hippocampus, wo sie bei der Gedächtnisbildung eine zentrale Rolle spielen, sowie in der subventrikulären Zone, dem größten Reservoir neuronaler Stammzellen beim erwachsenen Tier.

Die Stammzellen der subventrikulären Zone gelten als die Quelle der Gehirn-Regeneration. Sie sind keine einheitliche Zellpopulation. Es gibt vielmehr Hinweise darauf, dass sie bereits mit einer „Bestimmung“ versehen sind, unterschiedliche Entwicklungswege zu nehmen und zu verschiedenartigen Typen von Nervenzellen ausdifferenzieren können.

„Besonders interessiert uns, wie wir Stammzellen nach einer Hirnschädigung dazu bringen können, das geschädigte Gewebe zu regenerieren. Wir wollten wissen, ob es molekulare Merkmale gibt, die solche Stammzellen mit regenerativem Potenzial kennzeichnen“, sagt Ana Martin-Villalba vom Heidelberger DKFZ. In ihrer Arbeitsgruppe wurde daher ein molekulares Profil der neuronalen Stammzellen aus dem Gehirn von Mäusen erstellt. Dazu sequenzierten die Forscher die gesamte RNA einzelner Stammzellen, also die Abschriften aller Gene, die in diesen Zellen aktiv sind.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass sich die neuronalen Stammzellen in verschiedenen Aktivierungsstadien befinden: Neben ruhenden und teilungsaktiven Stammzellen gibt es auch Übergangsformen, die quasi bereits „aus dem Schlaf geweckt“ sind, aber noch keine Teilungsaktivität aufgenommen haben.

Das charakteristische Merkmal der ruhenden neuronalen Stammzellen ist ihre extrem reduzierte Proteinsynthese. Je aktiver die Zellen sind, desto mehr Proteine synthetisieren sie und desto mehr drosseln sie ihren Zuckerstoffwechsel. Parallel dazu steigern diese Zellen die Produktion an Transkriptionsfaktoren, die entscheidend sind für die Differenzierung zu bestimmten Zelltypen.

Um herauszufinden, wie die neuronalen Stammzellen auf Hirnverletzungen reagieren, lösten die Forscher bei Mäusen experimentell eine Mangeldurchblutung im Gehirn aus, bevor sie die Stammzellen isolierten. Die Analyse einzelner Zellen ergab, dass nicht alle neuronalen Stammzellen auf die Sauerstoff-Unterversorgung reagieren. Nur eine bestimmte Subpopulation der Zellen ging in einen „aufgeweckten Ruhezustand“ über. Dies ging einher mit einer Aktivierung der Protein-Synthese und der Zellzyklus-Kontroll-Gene.

Die Suche nach dem Botenstoff, der den Stammzellen das Sauerstoffmangel-bedingte Aktivierungssignal übermittelt, führte zu Interferon gamma. Das Signalmolekül wirkt nach Angaben der Heidelberger Wissenschaftler wie ein Wecker, der bestimmte neuronale Stammzellen aus ihrem Ruhezustand in einen vor-aktiven Zustand versetzt.

„Nach Verletzungen und bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson geht es darum, geschädigtes Hirngewebe durch neue, funktionsfähige Nervenzellen zu ersetzen“, sagt Ana Martin-Villalba. Auch im gesunden Gehirn entstehen ständig neue Nervenzellen - allerdings nur ein sehr eingeschränktes Spektrum an Neuronen, die hauptsächlich für das Riechen zuständig sind oder neue Verbindungen im Hippocampus schaffen. Interferon gamma dagegen regt eine bestimmte Gruppe von Stammzellen dazu an, sich zu einer Vielzahl an Nervenzellen auszudifferenzieren, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen können. „Mit Interferon gamma lassen sich somit möglicherweise gezielt Regenerationsprozesse im Gehirn anregen, die die Leistungsfähigkeit der Betroffenen wiederherstellen könnten“, spekuliert die Neuroforscherin Martin-Villalba. „Unsere Arbeitsgruppe untersucht nun, wie das gelingen kann.“

 

Quelle: Thieme Redaktion

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