Mit dem Haus altern die Bewohner: Alterung und Verjüngung von Nischen beeinflussen Stammzellen

Die blutbildenden Stammzellen im Knochenmark sind – wie der Name schon andeutet – entscheidend für die Bildung von Blutzellen. Eingebettet sind diese Stammzellen in so genannten Nischen. Diese dienen den hämatopoetischen Zellen nicht nur als schützende Einhäusung, sondern sie regulieren auch deren Funktion. Wissenschaftler der Universität Ulm und des Cincinnati Children´s Hospital Medical Center (USA) haben nun herausgefunden, dass nicht nur die blutbildenden Stammzellen altern, sondern auch die Zellen selbst, die die Nischen bilden. Und sie fanden erstmals Belege dafür, dass Alterungsprozesse in Nischenzellen die Regenerationsfähigkeit von Stammzellen beeinflussen und damit auch die blutbildenden Zellen altern lassen. Den Wissenschaftlern gelang es sogar, den Effekt umzukehren und mit dem „Haus“ dessen „Bewohner“ zu verjüngen.

Mit dem Menschen altern seine blutbildenden Stammzellen. Dieser Alterungsprozess wird mit einer verminderten Immunantwort sowie einer erhöhten Blutkrebsrate assoziiert. Ulmer Forschern um Professor Hartmut Geiger ist es bereits gelungen, blutbildende Stammzellen „verjüngen“. Nun haben sie den Alterungsprozess der Stammzellnische umgekehrt und die Auswirkungen untersucht: „Wir konnten nun zeigen, dass sich die `Renovierung´ des zellulären Eigenheims wie eine Frischzellenkur auf die Nischen-Bewohner auswirkt“, erklärt Seniorautor Professor Hartmut Geiger, der an der Universität Ulm das Institut für Molekulare Medizin leitet und Mitglied des kürzlich eingerichteten „aging research center“ ist. Veröffentlicht wurden diese spektakulären Ergebnisse im EMBO Journal, dem renommierten Fachjournal der European Molecular Biology Organization. Lange Zeit waren Forscher davon überzeugt, dass blutbildende Stammzellen von sich aus altern. Kürzlich ist jedoch eine Diskussion entbrannt, inwiefern Alterungsprozesse in Nischenzellen die Funktionsfähigkeit der hämatopoetischen Stammzellen reduzieren und auch diese „alt aussehen“ lassen. „Mit unseren Forschungsergebnissen liefern wir nun entscheidende Details dafür, die diese Hypothese stützen“, ist auch die Erstautorin der Studie überzeugt, Novella Guidi, die als Doktorandin an Geigers Institut forscht.

Eine Schlüsselrolle in der Studie der Stammzellforscher spielten unter den untersuchten Nischenzellen die sogenannten Osteoblasten. Diese Zelltypen sind eigentlich für die Bildung von Knochengewebe beim Knochenumbau verantwortlich. Doch hier stehen sie im Fokus, weil diese Zellen eben auch Bestandteile der Einhäusung sind, in die die blutbildenden Stammzellen eingebettet sind. Die Wissenschaftler aus Ulm und Cincinnati haben nun entdeckt, dass alternde Osteoblasten immer weniger Osteopontin produzieren und vorhalten. Dieses Eiweiß spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Knochensubstanz und ist zugleich an zahlreichen Immunprozessen beteiligt. Mangelt es den alternden Nischenzellen an Osteopontin, kommt es auch in den blutbildenden Stammzellen zu einer Unterversorgung – und mit der Nische altert auch die Stammzelle selbst. Sie reagiert mit einer reduzierten Stammzellfunktion; das heißt die Teilungs- und Regenerationsfähigkeit ist vermindert. Noch faszinierender war für die Wissenschaftler die Beobachtung, dass der Prozess reversibel ist. So konnten durch die Gabe von Osteopontin gealterte Stammzellen wieder verjüngt werden. Vermutet wird, dass dieses Glykoprotein die Aktivität eines bestimmten Schalters bestimmt (RhoGTPase Cdc42) , der spezielle Signalübertragungsketten steuert, die für den Ablauf von Alterungs- bzw. von Regenerationsprozessen entscheidend sind.

Die Verjüngung der Knochenmarks-Stammzellnische könnte dazu führen, dass alte Stammzellen wieder gesunde Blutzellen bilden: „Unsere Studie zeigt daher spannende und vor allem neuartige Möglichkeiten auf, um ein besseres Immunsystem und möglicherweise weniger Blutkrebs im Alter zu erreichen, indem man die Alterung der Stammzellnische therapeutisch beeinflusst“, erklärt Professor Geiger, der auch am Cincinnati Children´s Hospital Medical Center forscht. Natürlich könnten diese im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse nicht direkt auf die Behandlung von Patienten übertragen werden, sie lieferten jedoch interessante Ansatzpunkte.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Hartmut Geiger: Tel.: 0731/50 26700, hartmut.geiger@uni-ulm.de

Novella Guidi, Mehmet Sacma, Ludger Ständker, Karin Soller, Gina Marka, Karina Eiwen, Johannes M. Weiss, Frank Kirchhoff, Tanja Weil, Jose A. Cancelas, Maria Carolina Florian, Hartmut Geiger: Osteopontin attenuates aging-associated phenotypes of
hematopoietic stem cells. EMBO Journal. DOI: 10.15252/embj.201694969

Vollständige Bildunterschrift: Das Protein Osteopontin (OPN) wird von Osteoblasten in der jungen Stammzellnische gebildet. Immunfluoreszenzfärbung des trabekulären Knochenmarks (OPN in rot). Osteoblasten (Zellkerne sind blau gefärbt, DAPI) finden sich nahe der Knochenmatrix und in einer Region, welche Endosteum genannt wird. Dort bilden sie eine Nische für blutbildende Stammzellen. Im Alter nimmt die Produktion von OPN von Osteoblasten stark ab.

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