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 Zika und Gelbfieber: Impfstoffe ohne Ei
21.09.2018 | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

nachricht Einbahnstraße für das Salz
21.09.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

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

Neue CBMC-Geräteschutzschaltervarianten

22.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

ISO-27001-Zertifikat für die GFOS mbH und die GFOS Technologieberatung GmbH

21.09.2018 | Unternehmensmeldung

Kundenindividuelle Steckverbinder online konfigurieren und bestellen

21.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

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