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Neue Einblicke in den Regenerationsprozess des Zebrafischgehirns

20.05.2015

Wissenschaftlern am Helmholtz Zentrum München (HMGU) 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.


Bild: Neurale Stammzellen (grün markiert) im Telencephalon des adulten Zebrafischs. Quelle: HMGU

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, d.h. 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.

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, Wissenschaftler am Institut für Stammzellenforschung, HMGU.

„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 Prof. Dr. Magdalena Götz, Direktorin des Instituts für Stammzellenforschung, die auch den Lehrstuhl für Physiologische Genomik der Ludwig-Maximilians-Universität München innehat.

Solche Kenntnisse tragen zum Verständnis von Reparaturprozessen neuronaler Schäden bei Säugetieren bei, die ihr ZNS 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.

Weitere Information

Original-Publikation: S. Barbosa et al. (2015). Live imaging of adult neural stem cell behavior in the intact and injured zebrafish brain, Science, doi: 10.1126/science.aaa2729

Link zur Fachpublikation: https://www.sciencemag.org/content/348/6236/789.short

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-muenchen.de/aktuelles/uebersicht/pressemitteilungnews/artic...

Michael van den Heuvel | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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