Stammzellen des Gehirns teilen sich über Monate

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Zeitliche Entwicklung von der Stammzelle (rot) über ihre Tochterzellen (je nach

Zeitliche Entwicklung von der Stammzelle (rot) über ihre Tochterzellen (je nach Entwicklung orange und gelb) zu den neuen Nervenzellen (grün), die sich im Hippokampus gebildet haben. (UZH)

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Zürich konnten erstmals beobachten, wie sich Stammzellen im erwachsenen Gehirn der Maus über Monate hinweg teilen, um neue Nervenzellen zu bilden. Ihre Studie zeigt, dass Hirnstammzellen über lange Zeit aktiv sind und liefert damit neue Erkenntnisse für die Stammzellforschung.

Stammzellen bilden im Gehirn über die gesamte Lebensspanne neue Nervenzellen. Dies geschieht unter anderem im Hippokampus, einem Hirnbereich, der für viele Lernvorgänge von Bedeutung ist. Eine Verringerung der Anzahl neugebildeter Nervenzellen ist unter anderem bei Depressionen und dem Morbus Alzheimer beobachtet worden und ist mit verminderter Gedächtnisleistung bei diesen Erkrankungen assoziiert.

Vom Stammzellverhalten zur Aktivität von Genen in einzelnen Zellen

In einer publizierten Studie konnte die Gruppe von Sebastian Jessberger, Professor am Institut für Hirnforschung der Universität Zürich, zeigen, dass Stammzellen im Hippokampus von Mäusen über mehrere Monate aktiv sind. Die Forschenden, angeführt von der Doktorandin Sara Bottes und den Postdocs Baptiste Jaeger und Gregor Pilz, benutzten modernste Mikroskopie und genetische Analysen (mittels Einzelzell RNA-Sequenzierung) von Stammzellen und ihren Tochterzellen, um die Bildung von neuen Nervenzellen zu analysieren. So konnten Sie herausfinden, dass bestimmte Stammzellpopulationen über Monate hinweg aktiv sind und sich wiederholt teilen können. Dies war in früheren Studien bereits vermutet worden, aber der direkte Nachweis konnte nun erstmals erbracht werden. Zudem konnte durch Einzelzell RNA-Sequenzierung von Stammzellen und ihren Tochterzellen gezeigt werden, dass sich Stammzellen mit unterschiedlichem Teilungsverhalten (wenige Zellteilungen im Gegensatz zu langanhaltender Stammzellaktivität) anhand ihrer molekularen Zusammensetzung und Expression von Genen unterscheiden lassen.

Stammzellen therapeutisch nutzen

’Die Kombination von zwei modernen Methoden, der 2-Photonen Mikroskopie und der Einzelzell RNA-Sequenzierung, hat es uns ermöglicht, genau diejenigen Stammzellen zu identifizieren, die sich über Monate hinweg teilen können’, sagt Jessberger. Er fügt an, dass der nun erbrachte Beweis einer langanhaltenden Stammzellteilung Konsequenzen für zukünftige therapeutische Ansätze haben wird: ’Wir wissen nun, dass es tatsächlich Stammzellen gibt, die sich über viele Monate teilen. Durch die Einzelzell RNA-Sequenzierung haben wir einen ersten Einblick, welche Gene für das Teilungsverhalten einzelner Zellen wichtig sind’.

Die neuen Erkenntnisse sind die Grundlage, um zukünftig detailliert zu untersuchen, wie bestimmte Gene die Aktivität von Stammzellen steuern. ’Wir haben über die Bildgebung und die Einzelzell RNA-Sequenzierung ganz neue Einsichten bekommen, die wir nutzen werden, um in Zukunft gezielt die Aktivität von bestimmten Genen zu regulieren. Da wir nun wissen, dass es Stammzellen gibt, die sich über längere Zeit teilen können, wollen wir in Zukunft versuchen, die Teilungsaktivität von diesen Zellen und damit die Bildung von neuen Nervenzellen - zum Beispiel im Kontext von neurodegenerativen Erkrankungen wie dem Morbus Alzheimer - zu erhöhen’, fasst Jessberger die nächsten Forschungsziele zusammen.

Literatur:

Bottes S, Jaeger BN, Pilz GA, Jörg DJ, Cole JD, Kruse M, Harris L, Korobeynyk VI, Mallona I, Guillemot F, Helmchen F, Simons BD, Jessberger S. Long-term self-renewing stem cells in the adult mouse hippocampus identified by intravital imaging. Nature Neuroscience doi: 10.1038/s41593-020-00759-4

Förderung des Projekts und Beteiligte

Die Forschungsarbeit wurde unterstützt vom European Research Council, dem Schweizerischen Nationalfonds, der Dr. Eric Slack-Gyr-Stiftung, der European Molecular Biology Organization, einem Forschungskredit der UZH, dem Wellcome Trust, Cancer Research UK, UK Medical Research Council, dem Francis Crick Institut, und dem Zentrum für Neurowissenschaften Zürich.

Andere an der Studie beteiligte Wissenschaftler*innen waren John Cole, Merit Kruse, Vladislav Korobeynyk, Izaskun Mallona, Fritjof Helmchen von der UZH, Lachlan Harris und François Guillemot vom Francis Crick Institut (UK), und David Jörg und Benjamin Simons von der Universität Cambridge (UK).