Medizin

Hämatopoietische Stammzellen altern durch physiologischen Stress

Montag, 23. Februar 2015

Heidelberg – Infektionen, Entzündungen und Blutverluste bewirken eine deutlich erhöhte Teilungsrate von Stammzellen im Knochenmark, bei der es zu DNA-Schäden kommt. Über die Jahre häufen sich diese Schäden an und die Regenerationsfähigkeit des Knochenmarks geht zurück. Das berichtet die Erstautorin Dagmar Walter aus der aktuellen Studie einer Arbeitsgruppe um Michael Milsom vom Deutschen Krebs­forschungs­zentrum (DKFZ) und dem Heidelberger Institut für Stammzelltechnologie und Experimentelle Medizin (HI-STEM gGmbH) in einem Letter in Nature (doi: 10.1038/nature14131).

Die Wissenschaftler nutzen für die Veranschaulichung dieser Vorgänge das Bild des Schlafes: Während der gesamten Lebensspanne erneuern und erhalten Stammzellen die Gewebe unseres Körpers. Besteht kein Bedarf an Zell-Nachschub, so verharren Stammzellen in einem tiefen Schlaf. Während dieser Ruhephase teilen sie sich nicht und verbrauchen auch sehr wenig Energie.

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Blutverlust, Infektionen und Entzündungen wirken den Wissenschaftlern zufolge wie ein Wecker auf schlafende Blutstammzellen. Unver­züglich beginnen sie mit der Zellteilung und produzieren Nachschub – etwa, um Immun­zellen für die Virenabwehr bereitzustellen oder um einen Verlust an roten Blutkörperchen oder Blutplättchen auszugleichen.

Die Arbeitsgruppe untersuchte an Mäusen, ob Wecksignale zu DNA-Schäden und damit langfristig zu einem Versagen der Blutstammzellen führen können. Sie behandelten dafür Mäuse mit einer Substanz, die dem Körper eine Virusinfektion vortäuscht. Anschließend untersuchten sie die Blutstammzellen, die durch die vermeintliche Virusinfektion aktiviert worden waren und die Zellteilung wieder aufgenommen hatten. Dabei fanden die Forscher im Erbgut viele neue Defekte. Sie konnten auch zeigen, dass die aktivierten Stammzellen mehr schädliche reaktive Stoffwechselprodukte enthielten. Diese gelten als wichtige Ursache für DNA-Schäden. 

„Unsere Versuche belegen, wie es zur Anhäufung von DNA-Schäden kommt. Damit können wir erklären warum die Regenerationsfähigkeit unserer Gewebe und Organe im Alter zurückgeht“, erläutert Milsom. Warum es durch Aktivierung zu Erbgutdefekten bei Blutstammzellen kommt, erklärt er so: „Die Blutstammzellen müssen in kürzester Zeit von Tiefschlaf auf maximale Aktivität umschalten. Hierfür steigern sie ihre Stoffwechsel­aktivität drastisch, um neue Tochterzellen zu produzieren. Das erhöht die Wahrschein­lichkeit, dass etwas schief geht.“

Reparatursysteme reparierten den größten Teil dieser DNA-Schäden wieder. Würden die Zellen jedoch zu häufig oder sogar chronisch solchen Stressfaktoren ausgesetzt, werde das Reparatursystem überlastet, so die Wissenschaftler. Das führe dazu, dass die Stammzellen mit zunehmendem Alter immer mehr Erbgutschäden ansammelten und schließlich versagten und stürben. © hil/aerzteblatt.de

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