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 Biologischer Lichtsensor in Aktion gefilmt
15.06.2018 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Belohnung fürs Gehirn
15.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics