Körpereigenes GPS
Woher Stammzellen wissen, was sie werden sollen
Ein schwedisches Forscherteam hat erstmals entdeckt, warum Stammzellen in verschiedenen Organen des Körpers unterschiedliche Arten von Nervenzellen produzieren. Die unreifen Zellen orientieren sich dabei an einer Art GPS im Körper, stellten die Wissenschaftler um Stefan Thor von der Linköping University fest. Die Ergebnisse erweiterten das Verständnis, wie Stammzellen sich zu reifen Körperzellen entwickeln, und seien wichtig, um Stammzellen irgendwann gezielt zur Reparatur beschädigter Gewebe und Organe einsetzen zu können, meinen die Forscher. Bis es soweit ist, wird es aber wohl noch einige Zeit dauern: „Wir entdecken ständig neue Mechanismen, die die Entwicklung der Stammzellen beeinflussen“, sagt Thor. „Vermutlich ist es daher schwerer als bisher angenommen, Stammzellen für die Heilung von Krankheiten und die Reparatur von Organen einzusetzen – ganz besonders im Nervensystem.“
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Stammzellen sind unreife Körperzellen, die zu verschiedenen Zelltypen heranreifen können und damit für die Entwicklung aller Gewebe und Organe im Körper verantwortlich sind. Bereits aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass sich Stammzellen in verschiedenen Teilen des Nervensystems zu unterschiedlichen Zellarten entwickeln. Dabei spielen die so genannten Hox-Gene eine wichtige Rolle. Diese üben je nach Körperregion unterschiedliche Funktionen aus und geben so den Stammzellen ihre einmalige, ortsgebundene Identität. Sie fungieren somit als eine Art GPS-System, das den Stammzellen anzeigt, wo sie sich in welche Zelle verwandeln sollen.
Stefan Thor und seine Kollegen untersuchten nun erstmals, wie Stammzellen die GPS-Signale der Hox-Gene erkennen und wie sie diese Information nutzen, um sich in eine bestimmte Nervenzelle zu verwandeln. Dazu betrachteten die Forscher bei Fruchtfliegen (Drosophila) eine Stammzellenart, die zwar im gesamten zentralen Nervensystem vorkommt, sich aber nur im Brustkorb in eine bestimmte Gruppe von Nervenzellen, das so genannte Apterous-Cluster, verwandelt. Thor und sein Team manipulierten die Aktivität der Hox-Gene und beobachteten, wie sich dies auf die Entwicklung der Nervenzellen in verschiedenen Organen eines Fruchtfliegen-Embryos auswirkt.
Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass die Hox-Gene im Bereich des Magens die Stammzellen daran hindern, sich zu teilen, bevor sie sich in Zellen vom Apterous-Cluster verwandeln können. In der Kopfgegend werden hingegen zwar Apterous-Zellen gebildet, jedoch anschließend in einen anderen Zelltyp umgewandelt. Demnach können Hox-Gene zwei weitere Arten von Genen beeinflussen, die schließlich bei der Ausdifferenzierung der Nervenzellen eine Rolle spielen: Gene, die die Teilung der Stammzellen regulieren und solche, die auf die Entwicklung zu einem bestimmten Zelltyp Einfluss nehmen.
Stefan Thor (Linköping University) et al.: PLoS Biology Onlineveröffentlichung, doi: 10.1371/journal.pbio.1000368
ddp/wissenschaft.de – Christine Amrhein
