Signal hemmt die Teilung von Stammzellen im erwachsenen Gehirn

Das Bild zeigt die Expression von Id4 (blau) und GFAP (schwarz) in genetisch markierten Stammzellen und deren Nachkommen (magenta) im Hippocampus einer adulten Maus. Universität Basel

Ob Stammzellen auch im Gehirn des Menschen vorkommen, war in der Forschung lange umstritten. Heute gilt als sicher, dass sich im Gehirn von erwachsenen Säugetieren neue Nervenzellen bilden können.

Die verantwortlichen Stammzellen sind in speziellen Regionen angesiedelt, den sogenannten Nischen, die den Befehl zur Teilung sowie zur Differenzierung erteilen. Mit zunehmendem Alter werden die Stammzellen jedoch immer inaktiver und teilen sich weniger häufig. Sie verfallen in eine Art «Ruhezustand».

Hyperaktiver Signalweg hemmt Zellteilung

Bisher war unklar, warum Stammzellen im erwachsenen und älteren Gehirn in einen Ruhezustand geraten. Ein Forschungsteam um Prof. Verdon Taylor am Departement Biomedizin der Universität Basel hat nun herausgefunden, welcher Schlüsselfaktor den Eintritt von Stammzellen in die Zellteilung hemmt. Dafür untersuchten sie den sogenannten Notch-Signalweg. Er ist zentral für die Stammzellaktivität im Gehirn.

Die Studie zeigt, dass der Notch2-Signalweg die Expression eines bestimmten Transkriptionsfaktors namens Id4 kontrolliert. Einmal exprimiert, hemmt Id4 die Teilung von Stammzellen wie auch die Produktion neuer Neuronen im Hippocampus des erwachsenen Gehirns. Das Notch2-Signal induziert eine erhöhte Id4-Expression in einigen neuronalen Stammzellen. Das erklärt, warum diese Stammzellen im erwachsenen Gehirn vermehrt in eine Art Ruhezustand übergehen.

Mit zunehmendem Alter des Gehirns tritt der Notch2-Id4-Signalweg in einen dauerhaften Zustand der Hyperaktivität und fungiert so als starke molekulare Bremse für die Stammzellenaktivität. Umgekehrt gilt aber auch: Wird der Signalweg inaktiviert, löst das die Bremswirkung und führt in Folge zur Produktion von neuen Nervenzellen – selbst im Gehirn einer geriatrischen Maus.

Reversibler Ruhezustand

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Stammzellen im Gehirn von Säugetieren in einem reversiblen Ruhezustand befinden, der durch Signale und Faktoren in der Nische reguliert wird. Durch eine entsprechende Manipulation des Signalwegs kann die Produktion neuer Nervenzellen gezielt stimuliert werden.

Die Studie liefert wichtige Informationen über die grundlegenden Mechanismen der Neurogenese im adulten Mäusegehirn. Da der Notch-Signalweg weit verbreitet ist und in den meisten Organismen vorkommt, hoffen die Forschenden, dass sich die Erkenntnisse auch auf den Menschen übertragen lassen. Auf diese Weise könnten in Zukunft möglicherweise Hirnschäden, wie sie durch degenerative und neuropsychiatrische Erkrankungen entstehen, repariert werden.

Verdon Taylor, Universität Basel, Departement Biomedizin, Tel. +41 61 207 30 91, E-Mail: verdon.taylor@unibas.ch

Runrui Zhang, Marcelo Boareto, Anna Engler, Angeliki Louvi, Claudio Giachino, Dagmar Iber and Verdon Taylor
Id4 downstream of Notch2 maintains neural stem cell quiescence in the adult hippocampus
Cell Reports (2019), doi: 10.1016/j.celrep.2019.07.014

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Iris Mickein Universität Basel

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