Warum Blutstammzellen lange nicht altern

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Heidelberg – Blutgefäßzellen in der sogenannten Stammzellnische produzieren einen Faktor, der Blutstammzellen stimuliert und damit ihr Selbsterneuerungspotenzial aufrechterhält. Mit den Jahren versiegt die Produktion dieses Faktors und die Blutstammzellen beginnen zu altern.

Das berichten Wissenschaftlern vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Heidelberger Institut für Stammzelltechnologie und Experimentelle Medizin (HI-STEM) im Fachmagazin Nature Communications (2021; DOI: 10.1038/s41467-020-20801-0).

Während des gesamten Lebens sorgen Blutstammzellen im Knochenmark dafür, dass unser Körper ausreichend mit ausgereiften Blutzellen versorgt wird. Besteht kein aktueller Bedarf an Zellnachschub, so verharren die Blutstammzellen in einem Ruhezustand. Besteht Bedarf an Blutzellen, beginnen sie sich wieder zu teilen. Dabei regenerieren sie sich immer auch selbst, damit der Stammzellpool erhalten bleibt. Der sogenannte Schlafzustand der Stammzellen ist laut den Forschern für die Selbsterneuerung essentiell.

Wissenschaftler um Andreas Trumpp, Stammzellforscher vom DKFZ und HI-STEM, haben jetzt unter­sucht, welche molekularen Signale die Selbsterneuerungsfähigkeit steuern. An Mäusen konnten sie zeigen, dass schlafende Blutstammzellen große Mengen des Rezeptorproteins Neogenin-1 (Neo-1) auf ihrer Oberfläche tragen.

Andere Blutzellen dagegen produzieren diesen Rezeptor nicht. Bei weiteren Untersuchungen entpuppte sich Neo-1 als Schlüsselmolekül für die Selbsterneuerung: Schalteten die Forscher den Rezeptor in Mäusen genetisch aus, schliefen die Stammzellen nicht mehr und verloren ihre Fähigkeit zur Selbst­erneuerung.

Die Folge war, dass das blutbildende System der Tiere sich vorzeitig erschöpfte. Die Forscher fragten sich dann, welcher externe Faktor Neo-1 aktiviert. Sie identifizierten ein Signalmolekül namens „Netrin-1“ als Bindungspartner und Aktivator des Neo-1 Rezeptor. Netrin-1 wird von den Endothelzellen gebildet, die die feinen Blutgefäße im Knochenmark auskleiden.

„Wir haben Netrin-1 in der Stammzellnische des Knochenmarks der Mäuse genetisch ausgeschaltet. Die Blutstammzellen verloren daraufhin die Selbsterneuerungsfähigkeit. Bei einer experimentellen Steige­rung der Netrin-1-Produktion dagegen schliefen sie umso tiefer“, erläutert Simon Renders, der Erstautor der Studie.

„Unsere Ergebnisse bestätigen erneut die zentrale Rolle der Stammzell-Nische für die Funktion der Stammzellen und damit für die Regenerationsfähigkeit und die Gesundheit unseres Körpers“, erklärte Trumpp. Diese Nische besteht aus zellulären und nicht-zellulären Komponenten in der direkten Nachbar­schaft der Stammzellen. Auch die Netrin-1-tragenden Zellen der Blutkapillaren sind Bestandteil der Nische.

Auch die altersbedingte Erschöpfung des blutbildenden Systems ließ sich an dem Tiermodell nachvoll­ziehen: Im Alter veränderte das Knochenmark seine Struktur, insbesondere die winzigen Arterien dege­ne­rierten. An älteren Mäusen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass dies mit einem Verlust von Netrin-1 einhergeht.

Die Blutstammzellen versuchten zunächst, diesen Mangel ihres wichtigen Signalgebers durch eine gesteigerte Neo-1-Bildung zu kompensieren. Doch mit steigendendem Lebensalter reichte diese Kom­pen­sation nicht mehr aus, das blutbildende System verlor zunehmend seine Selbsterneuerungs­fähigkeit. „Resultat dieser Veränderungen ist ein im Alter zunehmend schwächeres Immunsystem“, berichten die Forscher. © hil/aerzteblatt.de