Schalter für Selbsterneuerung neuraler Stammzellen entdeckt

Zusammen mit Dr. Timm Schroeder, GSF – Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für die Stammzellforschung, konnte dieses molekulare Schalterprotein als Schlüsselmolekül für die Selbsterneuerung von neuronalen Stammzellen während der Entwicklung des Gehirns identifiziert werden. Die Resultate wurden in Nature Neuroscience publiziert.

Stammzellen bilden unterschiedliche Vorläuferzellen im sich entwickelnden Embryo. Sie haben die charakteristische Eigenschaft, sich selbst zu erneuern. Wenn diese Fähigkeit zur Selbsterneuerung fehlt – wie zum Beispiel nach der Entfernung (Deletion) von cdc42 – vermindert sich die Anzahl der Stammzellen kontinuierlich während der Entwicklung.

Neuronale Stammzellen erneuern sich selbst bzw. bilden Vorläufer für Nervenzellen. Ein differenziertes Neuron kann sich aber nicht mehr teilen. Wenn die Stammzellen an die Grenze der Selbsterneuerung kommen, entstehen nur noch neuronale Vorläuferzellen, die dann zu Neuronen werden. Die Entwicklung endet an diesem Punkt.

Die Faktoren, die die Selbsterneuerung von Stammzellen regeln, waren bis dato nicht bekannt. „Mit der Entdeckung, dass die GTPase cdc42 die Selbsterneuerung von Nervenstammzellen reguliert, ist uns ein wichtiger Durchbruch gelungen, diese zentrale Eigenschaft der Stammzellen auf molekularer Ebene zu verstehen“, betont Götz.

GTPasen sind kleine molekulare Schalter, die andere Proteine aktivieren, wenn sie mit dem Energieträger Guanosintriphosphat (GTP) verbunden werden. GTP dient im Körper als Energiespeicher und aktiviert wichtige Stoffwechselschritte. Wird GTP durch die energieärmere Version Guanosindiphoshphat (GDP) ausgetauscht, kann das Enzym nicht mehr aktiviert werden – die Selbsterneuerung bleibt aus. „Unser Protein wird an einem Ende der Nervenstammzellen angereichert. Dadurch können sich diese Zellen asymmetrisch teilen, so dass die 2 Tochterzellen unterschiedlich sind, und eine davon weiterhin neurale Stammzelleigenschaften hat“, erklärt Schroeder. Wird in den Zellen keine GTPase cdc42 mehr produziert, verlieren diese die Möglichkeit, sich selbst zu erneuern und sich asymmetrisch zu teilen.

Diese Arbeit liefert neue Impulse für die Stammzellforschung: So ist das Altern von Stammzellen damit verbunden, dass sich diese nicht mehr erneuern können. Denkbar wäre daher, die Aktivierung von cdc42 zur Erhaltung der Selbsterneuerung neuraler Stammzellen einzusetzen.

Originalartikel: The Rho-GTPase cdc42 regulates neural progenitor fate at the apical surface. Nature Neuroscience 9 , 1099 – 1107 (01 Sep 2006) Article

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