Wann Stammzellen zu Neuronen werden

Einem Wissenschaftlerteam um Professor Magdalena Götz, Inhaberin des Lehrstuhls für Physiologische Genomik an der LMU und Direktorin des Instituts für Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München, ist es erstmals gelungen, neurale Stammzellen im Gehirn eines Wirbeltiers direkt und in vivo zu beobachten. Der Blick auf die Vorgänge im intakten wie im verletzten Gehirn von Zebrafischen zeigte Erstaunliches: Stammzellen können sich direkt in Neuronen umwandeln. Zudem verstärkt ein veränderter Zellteilungs-Modus nach einer Verletzung den neuronalen Output, wie die Forscher nun im Wissenschaftsmagazin Science veröffentlichten.

Mittels Live Imaging, der In-vivo-Beobachtung lebender Zellen, wurden einzelne Stammzellen in intakten und verletzten Gehirnen adulter Zebrafische beobachtet. Die Daten zeigen: Neurale Stammzellen liefern nicht über längere Zeit immer wieder neue Nervenzellen, wie vielfach angenommen, sondern nur eine begrenzte Anzahl. Zudem wird der Pool an Stammzellen verbraucht, indem diese sich ohne jede Teilung direkt in Neuronen umwandeln. Dieser Befund widerspricht der bisherigen Ansicht, neurale Stammzellen würden sehr viele neue Neuronen bilden, die dann zu einem späteren Zeitpunkt je nach Bedarf in der jeweils benötigten Funktion in das Nervennetz eingebaut würden.

Im intakten Gehirn teilen sich adulte Stammzellen nur selten – und wenn, dann meist asymmetrisch, das heißt es entstehen eine typische, radial geformte neurale Stammzelle und eine morphologisch davon abweichende neuronale Vorläuferzelle. Nach einer Verletzung wandern solche Vorläufer zum Ort des Geschehens, teilen sich symmetrisch in zwei gleiche Zellen und erhöhen so die Anzahl an Neuronen.

Andere Teilung nach Verletzung

Auch im geschädigten Gehirn, so zeigte das Live Imaging, teilen sich die Stammzellen vorwiegend asymmetrisch. „Aber bei den wenigen symmetrischen Teilungen entstehen anders als im gesunden Hirn keine Stammzellen, sondern zwei Zellen ohne deren Charakteristika“, schildert Dr. Jovica Ninkovic vom Institut für Stammzellforschung. „Als Grund für diese neue Art der Teilung, bei der Stammzellen verloren gehen, nehmen wir die Verletzung an“, fügt er hinzu, „denn in untersuchten, gesunden Gehirnen trat sie nicht auf“.

Die Studie gibt Einblick in die molekularen Grundlagen des Verhaltens von Stammzellen, die bei der Regeneration eine Rolle spielen. „Auf dieser Basis sollen nun die molekularen Mechanismen weiter analysiert werden, die das Verhalten nach einer Verletzung verändern“, sagt Magdalena Götz. Solche Kenntnisse tragen zum Verständnis von Reparaturprozessen neuronaler Schäden bei Säugetieren bei, die ihr Zentralnervensystem regenerieren können. Und wenn es gelänge, ähnliche Mechanismen auch im verletzten menschlichen Gehirn in Gang zu setzen, könnte das auch diesem bei der Regenerierung helfen.

(Science, doi: 10.1126/science.aaa2729)                         (HMGU/LMU)