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Lauftraining lässt defekte Nerven-Stammzellen reifen

04.07.2013
Ursache des CHARGE-Syndroms, einer schweren Entwicklungsstörung, ist ein genetischer Defekt. Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum veröffentlichten nun in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell, dass diese Mutation die Reifung von Nerven-Stammzellen blockiert. Das erklärt, warum CHARGE-Patienten geistig beeinträchtigt sind und Lernschwierigkeiten haben. Die DKFZ-Forscher zeigten an Mäusen, dass Lauftraining den Stammzelldefekt kompensiert.

Dem CHARGE Syndrom*, einer angeborenen Entwicklungsstörung, liegt ein genetischer Defekt zugrunde. Er führt zu charakteristischen Missbildungen in verschiedenen Organen. Weltweit ist etwa eins von 8500 Neugeborenen betroffen. Der typische Defekt im Gen CHD7 entsteht meist spontan, wird also nicht von den Eltern vererbt.


Neu entstandenes Neuron in Gehirn einer Maus. Haikun Liu, Deutsches Krebsforschungszentrum

Dr. Haikun Liu erforscht mit seiner Nachwuchsgruppe im Deutschen Krebsforschungszentrum die Regulation adulter Stammzellen im zentralen Nervensystem. Die Wissenschaftler untersuchen die Rolle dieser Zellen bei verschiedenen Erkrankungen, etwa bei geistiger Behinderung oder Hirntumoren. CHARGE-Patienten sind intellektuell beeinträchtigt und haben Lernschwierigkeiten –Liu und Kollegen wollten nun klären, ob bei dieser Krankheit auch ein Defekt im zentralen Nervensystem eine Rolle spielt.

Um zu verstehen, welche molekulare Rolle eine CHD7-Mutation bei der Entstehung des charakteristischen Krankheitsbilds spielt, züchteten die Forscher mit molekularbiologischen Methoden spezielle Mäuse, deren CHD7-Gen in den Nerven-Stammzellen spezifisch ausgeschaltet werden kann. So lässt sich während des ganzen Lebens der Maus beobachten, wie Stammzellen ohne CHD7 wachsen, differenzieren und ausreifen.

Unabhängig davon, ob die Forscher die CHD7-Produktion erst in den Stammzellen erwachsener Mäuse ausschalteten oder bereits im embryonalen Gehirn – die Auswirkung war dieselbe: Die Zellen konnten nicht mehr zu reifen Nervenzellen ausdifferenzieren. Normale reife Nervenzellen bilden komplexe Netzwerke untereinander aus, die zentral für die Informationsverarbeitung im Gehirn sind. Neurone dagegen, die aus den Stammzellen mit blockierter CHD7-Produktion hervorgehen, sind genau dazu nicht in der Lage.

Besonders beeindruckt waren Liu und sein Team, dass körperliches Training den CHD7-Defekt kompensiert: Durften die genveränderten Mäuse in einem Laufrad rennen, was alle Nagetiere mit Begeisterung tun, so normalisierten sich ihre Nervenzellen sowohl funktionell als auch morphologisch und bildeten funktionierende Netzwerke aus.

Dass Lauftraining die Entstehung neuer Nervenzellen im erwachsenen Organismus dramatisch steigert, hatten Wissenschaftler auch schon beim Menschen gezeigt. „Wir waren aber verblüfft, dass das Training sogar den CHD7-Defekt kompensieren kann und wollen nun unbedingt aufklären, welcher molekulare Mechanismus dahintersteckt“, sagt Haikun Liu. Er geht davon aus, dadurch sogar Ansätze zur Behandlung bestimmter Symptome der schweren Erkrankung finden zu können.

CHD7 kodiert für ein Protein, das dafür sorgt, dass Gene abgelesen werden können. Im Zellkern wird die DNA zusammen mit Proteinen zu perlenförmigen „Nukleosomen“ aufgewickelt. Diese Perlschnur wiederum verdrillt sich zum Chromatin, dem Material, aus dem die Chromosomen bestehen. So genannte „Chromatin Remodeler“ zu denen auch CHD7 zählt, sind wichtige Steuerelemente der Genaktivität. Sie halten die Schaltregionen der einzelnen Gene frei von Nukleosomen und damit zugänglich für die Proteine, die das Gen ablesen. Daher kann eine Mutation in einem Chromatin Remodeler dazu führen, dass ein breites Spektrum von Genen fehlreguliert wird.

CHD7 ist außerdem als Krebsgen bekannt, das bei zahlreichen Tumorerkrankungen des Menschen, darunter Hirntumoren, Lungen- und Darmkrebs, verändert ist. Da Differenzierungs-Blockaden von Stammzellen, wie sie durch den CHD7-Defekt entstehen, eine bekannte Ursache für die Krebsentstehung sind, haben Liu und Kollegen mit ihrer Arbeit zugleich dargelegt, auf welche Weise defektes CHD7 zu Krebs führen kann.

Darüber hinaus gelten CHD7-Defekte auch als Risikofaktor für Autismus, und viele CHARGE-Patienten sind tatsächlich Autisten. Offenbar spielt dieses Gen bei einer Vielfalt an Vorgängen in unserem Körper eine wichtige Rolle. „Mit unserem Maus-Modell können wir nun auch in anderen Zelltypen mitverfolgen, was passiert, wenn wir CHD7 abschalten. Davon erwarten wir aufschlussreiche Ergebnisse über die Rolle von CHD7 bei den verschiedenen Erkrankungen.“, sagt Haikun Liu.

*CHARGE: Coloboma of the eye, Heart defects, Atresia of the choanae, severe Retardation of growth and development, Genital abnormalities, and Ear abnormalities

Weijung Feng, Muhammad Amir Khan, Pablo Bellvis, Zhe Zhu, Olga Bernhardt, Christel Herold-Mende und Haikun Liu: The Chromatin Remodeller CHD7 regulates Neurogenesis via Activation of SoxC Transcription Factors. Cell Stem Cell 2013, DOI: 10.1016/j.stem.2013.05.002

Ein Bild zur Pressemitteilung steht im Internet zur Verfügung unter:
http://www.dkfz.de/de/presse/pressemitteilungen/2013/images/Liu_newborn_neuron
_adult-_Mouse.jpg
Legende: Neu entstandenes Neuron in Gehirn einer Maus. Haikun Liu, Deutsches Krebsforschungszentrum

Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 2.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Krebsinformationsdienstes (KID) klären Betroffene, Angehörige und interessierte Bürger über die Volkskrankheit Krebs auf. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg hat das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg eingerichtet, in dem vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik übertragen werden. Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums ist ein wichtiger Beitrag, um die Chancen von Krebspatienten zu verbessern. Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren.

Dr. Stefanie Seltmann
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Deutsches Krebsforschungszentrum
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