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Neurobiologie - Vorausschauend teilen

27.02.2017

Wie Stammzellen in einem bestimmten Stadium der Embryonalentwicklung Tochterzellen bilden beeinflusst die Regenerationsfähigkeit des erwachsenen Gehirns, können LMU-Forscher erstmals zeigen.

Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson, aber auch ein Schlaganfall oder bestimmte Verletzungen, führen zum Verlust von Nervenzellen. Da das Säugetiergehirn verlorene Nervenzellen nur in einzelnen, kleinen Bereichen selbst ersetzen kann, ist dieser Zellverlust meist bleibend. Nur in bestimmten, eng begrenzten Gehirnarealen werden auch bei Erwachsenen neue Nervenzellen gebildet.


Vorläuferzellen (grün) im LGE, der Region im Gehirn, die die meisten adulten neuralen Stammzellen bildet. Bild: Sven Falk

Die Ursprungszellen für diese Neurogenese sind die adulten neuralen Stammzellen. Wie diese Stammzellen entstehen, ist noch weitgehend unbekannt. Wissenschaftler um Professor Magdalena Götz, Lehrstuhlinhaberin des Instituts für Physiologische Genomik am Biomedizinischen Centrum der LMU und Direktorin des Instituts für Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München, haben nun im Rahmen einer internationalen Kooperation gezeigt, dass schon die Art und Weise, wie sich Stammzellen während der Embryonalentwicklung teilen, die Bildung der adulten neuralen Stammzellen entscheidend beeinflusst. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Neuron.

Während der embryonalen Entwicklung gibt es viele Vorläuferzellen (Stammzellen), die neue Nervenzellen bilden. Allerdings bleiben nur wenige dieser Vorläuferzellen auch im erwachsenen Organismus als adulte neurale Stammzellen erhalten. Um zu verstehen, warum einige Zellen diese Fähigkeit behalten und andere nicht, haben die Wissenschaftler Stammzellen des sich entwickelnden Maus-Embryos, sogenannte radiale Gliazellen, untersucht.

Aus diesen Zellen können bei der Teilung einerseits Nervenzellen hervorgehen, andererseits aber auch adulte neurale Stammzellen, die später in einem bestimmten Bereich des Gehirns angesiedelt sind, der sogenannten lateralen Wand des lateralen Ventrikels (LGE). Die aus diesen adulten Stammzellen neu gebildeten Nervenzellen wandern anschließend in den Hirnbereich, der für den Geruchssinn zuständig ist, und können dort verlorene Nervenzellen ersetzen.

„Wir konnten nun nachweisen, dass die Teilungsebene der embryonalen Vorläuferzellen die Entstehung der adulten Stammzellen entscheidend beeinflusst“, sagt Götz. Die Teilungsebene bestimmt, auf welche Weise die Zelle bei der Teilung durchtrennt wird. Wenn man sich die Zelle als längliches Gebilde vorstellt, liegt die Teilungsebene der meisten Vorläuferzellen annähernd senkrecht (60-90°) zur apikalen Zelloberfläche, dem Teil der Zelloberfläche der zum Ventrikel, dem flüssigkeitsgefüllten Hohlraum des Gehirns, gerichtet ist. Dies ist auch die Position der Teilungsebene, bei der der Ertrag an adulten Stammzellen am höchsten ist:

Als die Wissenschaftler die Zellen mithilfe genetischer Modifikationen so manipulierten, dass sie sich zufällig teilten – es also mehr „schiefe“ oder „horizontale“ Teilungsebenen gab als vorher – entstanden weniger adulte Stammzellen. Ein entscheidender Faktor ist zudem der Zeitpunkt der Zellteilung: Adulte Stammzellen werden nur während einer bestimmten, zeitlich eng begrenzten Phase der Entwicklung gebildet. Spätere Manipulationen der Teilungsebene hatten keinen Einfluss mehr auf die Zahl der adulten Stammzellen.

Wie viele adulte Stammzellen vorhanden sind, ist für die Instandhaltung und Regenerationsfähigkeit des Gehirns essenziell, denn diese Zellen stehen nicht endlos zur Verfügung, sondern können nur eine bestimmte Anzahl neuer Nervenzellen bilden. „Wenn wir wissen, wie die Bildung adulter neuraler Stammzellen reguliert wird, könnten wir versuchen, diese Fähigkeit auch in anderen embryonalen neuralen Stammzellen beizubehalten oder sie sogar anderen Zellen beizubringen. Unsere Arbeit ist ein wichtiger Beitrag dazu“, sagt Sven Falk, der Erstautor der Studie. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Erkenntnisse dazu beitragen, der Therapie neurodegenerativer Erkrankungen neue Ansätze zu eröffnen.
Neuron 2017

Publikation:
Time-specific effects of spindle positioning on embryonic progenitor pool composition and adult neural stem cell seeding
Sven Falk, Stéphane Bugeon, Jovica Ninkovic, Gregor-Alexander Pilz Maria Pia Postiglione, Harold Cremer, Jürgen A. Knoblich and Magdalena Götz
Neuron 2017
http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.02.009

Kontakt:
Prof. Dr. Magdalena Götz
Ludwig-Maximilians-Universität München
Department of Physiological Genomics
BioMedical Center - BMC
Großhaderner Str. 9
D-82152 Planegg-Martinsried
Phone: (089) 2180 75255
Fax: (089) 2180 75216
E-Mail: magdalena.goetz@helmholtz-muenchen.de

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

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