Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Muskelkraft aus dem Labor - Pax7 stimuliert Selbstheilungskräfte im Muskel mit Hilfe von Satellitenzellen

12.08.2013
Anders als der Herzmuskel besitzt die Muskulatur der Fortbewegungsorgane die Möglichkeit der Selbstheilung. Verantwortlich hierfür sind muskelspezifische Stammzellen, die auch als Satellitenzellen bezeichnet werden.

Bei Bedarf vermehren sich diese auf den Muskelfasern liegenden Zellen und ersetzen geschädigte Muskelzellen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung haben jetzt die Rolle eines wichtigen Faktors innerhalb der Regulation der Selbstheilung aufklärt.


Aus der Form. Während das sogenannte Heterochromatin im Zellkern einer normalen Satellitenzelle (markierte Zelle links) im Elektronenmikroskop eine charakteristische dunkle Färbung aufweist, ist der DNA-Faden bei einer Satellitenzelle ohne Pax7 (rechts) wesentlich weniger stark kondensiert. Dadurch erscheint der Zellkern heller.

© MPI für Herz- und Lungenforschung

Dies könnte zukünftig auch dazu genutzt werden, optimale Bedingungen für die Gewinnung von Ersatz-Stammzellen im Labor und damit einen therapeutischen Ansatz zur Behandlung degenerativer Muskelerkrankungen zu schaffen.

Ob Muskelkater oder eine Zerrung - Schädigungen in der Skelettmuskulatur können schmerzhaft sein, sind oft aber innerhalb weniger Tage auskuriert. Verantwortlich für diese schnelle Regeneration sind sogenannte Satellitenzellen. Dabei handelt es sich um Stammzellen, die in sehr kleiner Anzahl ausschließlich im Muskelgewebe zu finden sind. Ihren Namen verdanken sie ihrer isolierten Lage rund um die Muskelfasern. Bei einer Schädigung des Muskels vermehren sich die Satellitenzellen in kurzer Zeit stark durch Zellteilung und ersetzen anschließend die geschädigten Muskeln durch Verschmelzung zu neuen Muskelzellen. Dabei sorgen die Zellen gleichzeitig selbst dafür, dass der Vorrat an Satellitenzellen zeitlebens nie vollständig ausgeht. Mit zunehmendem Alter nimmt ihre Zahl allerdings ab, so dass Muskelverletzungen langsamer ausheilen und die Muskelkräfte im Alter schwinden.

Auf welche Weise die Regeneration der Muskulatur und die Selbsterhaltung der Satellitenzellen auf molekularer Ebene abläuft, war bislang nur unzureichend bekannt. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Thomas Braun vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun die Bedeutung - eines als Pax7 bezeichneten Faktors - klären können, der eine zentrale Rolle in der Regulation der Muskelregeneration einnimmt.

Im Zusammenhang mit Satellitenzellen ist Pax7 kein Unbekannter, er gilt sogar als wichtigster Marker für Satellitenzellen. Allerdings war in der Vergangenheit die Bedeutung des Proteins für die Muskelregeneration angezweifelt worden. Demnach wäre es lediglich bei bestimmten Vorgängen kurz nach der Geburt relevant gewesen. Die Bad Nauheimer Wissenschaftler kamen nun mit einem neuartigen Versuchsaufbau zu einem anderen Ergebnis.

Für ihr Experiment verwendeten die Forscher gentechnisch veränderte Mäuse, bei denen sie die Funktion von Pax7 in den Satellitenzellen von ausgewachsenen Tieren gezielt ausschalten konnten. In der Folge reduzierte sich die Anzahl der Satellitenzellen in der Muskulatur dramatisch. Eine Muskelschädigung wurde dann durch die Injektion eines Toxins gezielt hervorgerufen. „Bei den Mäusen ohne Pax7 war die Regeneration des Muskels im Vergleich zur Kontrollgruppe deutlich reduziert. Umgekehrt fanden wir bei den Mäusen ohne Pax7 viel mehr geschädigte oder abgestorbene Muskelfasern“, sagte Stefan Günther, Erstautor der Studie. Dies ist ein deutlicher Hinweis auf die wichtige Rolle von Pax7 für die Muskelregeneration – und speziell für die Expansion der Stammzellen zu Beginn der Regeneration.

Auf welche Weise Pax7 agieren könnte, haben Untersuchungen des Muskelgewebes im Elektronenmikroskop ergeben: „Fehlt Pax7, zeigen die wenigen dann noch vorhandenen Satellitenzellen charakteristische Veränderungen, die sie von den normalen Stammzellen deutlich unterscheidet. Das sogenannte Heterochromatin, also die für Stammzellen typische stark verpackte DNA, ist kaum noch zu finden“, so Günther. Dabei fehlten nicht nur die typischen kondensierten Chromatinstrukturen, auch Zellorganellen und Zytoplasma waren abnormal.

Vergleichbare Veränderungen findet man, wenn isolierte Satellitenzellen einige Zeit im Labor in Kultur gehalten werden. Deshalb schalteten die Max-Planck-Forscher Pax7 in isolierten Satellitenzellen aus. Daraufhin wurde innerhalb kürzester Zeit die Zellteilung eingestellt. Damit ging eine der charakteristischen Funktionen von Stammzellen verloren. Umgekehrt führte ein übermäßiges Vorhandensein von Pax7 in diesen Zellen umgehend zu einer drastisch verstärkten Zellteilungsaktivität, welches von den Forschern als weiteres Indiz für die zentrale Rolle von Pax7 in der Regulation der Satellitenzellenfunktion gewertet wird.

Die Bad Nauheimer Wissenschaftler schließen aus ihrer Studie nicht nur, dass Pax7 für die Aufrechterhaltung der Funktion als Stammzelle wichtig ist, sondern sehen darin zudem einen therapeutischen Ansatz: „Bei degenerativen Muskelerkrankungen wie der Muskeldystrophie wird gegenwärtig versucht, die Selbstheilungskräfte des Muskelgewebes, beispielsweise durch Einpflanzen von Muskelstammzellen zu verbessern“, erklärt Thomas Braun, Direktor am Max-Planck-Institut. „Durch das umfassende Verständnis der Funktionsweise von Pax7 sollte es gelingen, Satellitenzellen so zu verändern, dass sie vermehrt zur Reparatur von Muskelschäden beitragen. Dies könnte künftige therapeutische Ansätze revolutionieren und sollte auch dazu beitragen können, die Muskelkraft im Alter besser zu erhalten.“

Hintergrund: Muskelkraft und Beweglichkeit im Alter sind wesentliche Faktoren, um Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen vorzubeugen. Zudem erhöht eine verbesserte Mobilität die Lebensqualität. Ob sich die Hoffnung erfüllt, Muskelkraft und Muskelerneuerung durch gezielte molekulare Beeinflussung von Muskel-Satellitenzellen zu verbessern, sollen nun Folgestudien zeigen.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Dr. habil. Thomas Braun
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1102
Fax: +49 6032 705-1104
E-Mail: thomas.braun@­mpi-bn.mpg.de
Dr. Stefan Günther
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1109
E-Mail: stefan.guenther@­mpi-bn.mpg.de
Dr. Matthias Heil
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-246
E-Mail: matthias.heil@­mpi-bn.mpg.de
Originalpublikation
Stefan Günther, Johnny Kim, Sawa Kostin, Christoph Lepper, Chen-Ming Fan, Thomas Braun
Myf5-Positive Satellite Cells Contribute to Pax7-Dependent Long-Term Maintenance of Adult Muscle Stem Cells.

Cell Stem Cell (2013)

Prof. Dr. Dr. habil. Thomas Braun | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7497933/muskel_selbstheilung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Verbesserte Kohlendioxid-Fixierung dank Mikrokompartiment
25.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Regenbogenfarben enthüllen Werdegang von Zellen
25.09.2017 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops