Zürich – 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 in Nature Neuroscience 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 RNASequenzierung 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. (Uni Zürich/mc/pg)