Wie das Altern die Stammzellen beeinflusst

Wissenschaftler des RIKEN-Zentrums für Biosystemdynamik-Forschung (BDR) haben Schlüsselveränderungen sowohl in der Chromosomenstruktur als auch in der Genexpression identifiziert, die die Funktion der Stammzellen während des Alterns beeinflussen. Anhand von Fruchtfliegen fanden sie heraus, dass diese Veränderungen zu einer Erschöpfung der Stammzellen führen, die eine Vermehrung der Stammzellen verhindert. Die Ergebnisse, die in iScience veröffentlicht wurden, liefern den ersten Beweis für ein unabhängiges Erschöpfungssignal und erweitern unser Verständnis dafür, wie das empfindliche Gleichgewicht zwischen Stammzellenerschöpfung und -vermehrung beim normalen Altern gestört wird.

Erschöpfung der Stammzellen

Wenn Organe wie die Nieren oder der Darm geschädigt sind, vermehren sich die Stammzellen in ihnen, und verwandeln sich in die spezifischen Teile des Organs, die ersetzt werden müssen. Manchmal teilen sich die Stammzellen unkontrolliert weiter, was zu einer übermäßigen Anzahl führt, die zu Krebs führen kann. In anderen Fällen können sie erschöpft sein und ihre Teilungsfähigkeit verlieren, so dass keine Gewebereparatur möglich ist. Dieser Zustand wird als Stammzellenerschöpfung bezeichnet. Während die Stammzellproliferation beim Menschen auf molekularer Ebene relativ gut verstanden ist, bleibt die Erschöpfung weitgehend ein Rätsel. Zuvor hatte Sa Kan Yoo vom RIKEN BDR herausgefunden, wie Darmstammzellen von Fruchtfliegen mit zunehmendem Alter krebsartig werden.

Unter Verwendung desselben experimentellen Systems überprüfte das Team in der neuen Studie seine Theorie, dass es auch einen von der Proliferation unabhängigen Mechanismus für die Erschöpfung von Stammzellen gibt. Sie analysierten die Chromatinstruktur in Darmstammzellen der Fruchtfliege und fanden eine Chromatinregion, die sich während des Alterns häufig schloss und die Bildung des von dieser DNA-Region kodierten Reglers verhinderte. Da es sich bei ced-6 um ein Gen handelt, dessen Expression normalerweise von diesem Regulator kontrolliert wird, untersuchten sie anschließend die Expression von ced-6 mit Hilfe der RNA-Sequenzierung. Wie erwartet, stellten sie fest, dass die Expression von ced-6 mit zunehmendem Alter abnimmt.

Um festzustellen, ob es einen Zusammenhang zwischen diesem Gen und der Erschöpfung der Stammzellen gibt, blockierten sie anschließend seine Expression. Dieser Eingriff stoppte effektiv die altersbedingte Stammzellvermehrung, was darauf hindeutet, dass diese Gene normalerweise die Erschöpfung der Stammzellen verhindern. Sie entdeckten auch, dass die Blockierung von ced-6 die Erschöpfung der Stammzellen in jedem Alter auslösen kann. Wenn Darmzellen geschädigt werden, vermehren sich die Stammzellen normalerweise, differenzieren sich und bauen das geschädigte Gewebe wieder auf.

Neue Fortschritte in der Alternsforschung

Wenn die Forscher jedoch absichtlich Darmzellen schädigten und ced-6 blockierten, konnten sie keine Stammzellvermehrung feststellen. Dies deutet darauf hin, dass die Erschöpfung, die durch die Blockierung von ced-6 oder anderen Genen, die von demselben Regulator gesteuert werden, verursacht wird, nicht auf Zeiten fortgeschrittenen Alters beschränkt ist, sondern wahrscheinlich ein allgemeiner Prozess ist, der jederzeit aktiv sein könnte, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, wenn die Proliferation zu hoch ist.

Diese Ergebnisse werden laut Yoo zu neuen Fortschritten in der Alternsforschung führen. Das Verständnis der Mechanismen der Stammzellenerschöpfung in der Fruchtfliege bietet wertvolle Einblicke in den Alterungsprozess im Allgemeinen, und könnte Hinweise darauf liefern, wie sich das Altern auf die Stammzellen beim Menschen auswirkt. Der nächste Schritt besteht darin, festzustellen, ob ähnliche Veränderungen in menschlichen Stammzellen auftreten, wenn diese altern.