Powered by

Alterung begrenzt Lebensdauer von Immun-Stammzellen

Im Alter wird das Immunsystem meist schwächer. Eine Ursache dafür ist das allmähliche Schwinden der Stammzellen, aus denen der Körper immer neue Immunzellen bilden kann. Forscher der Universität Ulm haben jetzt gemeinsam mit Kollegen vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig den dafür verantwortlichen Mechanismus identifiziert.

Prof. Lenhard Rudolph © Pytlik

Schäden im Erbmolekül DNA, wie sie sich im Laufe des Lebens in allen Zellen ansammeln, aktivieren ein Gen, das die Stammzellen zu „fertigen“ Abwehrzellen ausreifen lässt. Dadurch büßen sie die Fähigkeit zur ständigen Selbsterneuerung ein – und gehen schließlich verloren. In fast allen Geweben des erwachsenen Körpers gibt es diese sogenannten adulten Stammzellen. Diese undifferenzierten Stammzellen tragen zeitlebens zur Erneuerung der Gewebe bei und können sich aber bei jeder Zellteilung selbst erneuern. Die adulten Stammzellen des Knochenmarks erneuern nicht nur die roten Blutzellen, sondern auch die Zellen des körpereigenen, spezifischen Immunsystems, die Lymphozyten. Blutstammzellen werden im Alter jedoch zunehmend funktionsuntüchtig.

Die Max-Planck Forschungsgruppe an der Universität Ulm unter Leitung von Lenhard Rudolph hat jetzt einen Mechanismus identifiziert, der zum Verlust der Stammzellen des Immunsystems im Rahmen der Alterung führt. Stammzellen gehören zu den langlebigsten Zellen des menschlichen Körpers. Im Rahmen der Alterung kommt es zu einer Anhäufung von Schäden im Erbgut der Stammzellen. „Unsere Arbeiten zeigen, dass Schäden an der DNA zur Differenzierung der Stammzellen führen. Hierdurch verlieren die Stammzellen ihre Fähigkeit zur Selbsterneuerung und gehen verloren", erklärt Lenhard Rudolph. Der Anteil der Blutstammzellen, der das Immunsystem erneuert, ist besonders anfällig und geht in Antwort auf DNA-Schädigung altersabhängig besonders schnell verloren.

Schützt Mechanismus in jungen Jahren vor Krebs?

Die Bedeutung des neu identifizierten Mechanismus könnte nicht nur für die eingeschränkte Funktion des Immunsystems im Rahmen der Alterung von Bedeutung sein. „Es ist denkbar, dass dieser Mechanismus primär zum Schutz vor Krebsentstehung entstanden ist“, mutmaßt Rudolph. Die Auslöschung von geschädigten Stammzellen könnte demnach der Krebsentstehung im jungen Erwachsenenalter vorbeugen, da mutierte Stammzellen aussortiert werden. Die zunehmende Anhäufung von DNA-Schäden führt im Alter dann aber zu Problemen, wenn nicht mehr genügend ungeschädigte Stammzellen zur Aufrechterhaltung des Immunsystems erhalten bleiben.

Nachgewiesen wurde dieser Effekt mit Hilfe einer hoch spezialisierten Form der so genannten „RNA-Interferenztechnologie“, über die das Helmholtzzentrum für Infektionsforschung in Braunschweig verfügt: Sie ermöglicht es, einzelne Gene im lebenden Organismus gezielt und sehr effektiv „stillzulegen“. Mit Hilfe von Screening-Verfahren auf der Grundlage dieser Technologie können die Forscher der HZI-Arbeitsgruppe von Lars Zender die Wirkung eines Gens direkt im Körpergewebe von Mäusen untersuchen.

BATF-Gen spielt Schlüsselrolle

T-Zellen (blau), stimuliert durch eine dendritische Zelle. © HZI Braunschweig

 „Bei diesem Projekt haben wir eine ganze Reihe bestimmter Gene in den Blutstammzellen von Mäusen gezielt blockiert und untersucht, wie sich die Unterdrückung der Genfunktion auf die Zell-Alterung auswirkt", erklärt Zender, der auch als Professor an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) tätig ist. Die Arbeiten zeigten, dass ein Gen namens „BATF" eine Schlüsselrolle als Regulator in der Stammzellalterung spielt. Wird seine Ablesung gehemmt, leben die Blutstammzellen länger. Das BATF-Gen wiederum wird angeschaltet, wenn in der Zelle DNA-Schäden auftreten.

Jianwei Wang, der die Studie als Erstautor im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführt hat, denkt bereits einen Schritt weiter. Wenn es gelänge die Lebensspanne der Stammzellen des Immunsystems zu verlängern ohne die Kontrolle gegenüber DNA-Schädigung komplett zu verlieren, wäre es eventuell möglich, die Immunfunktion und so den Verlauf von lebensbedrohlichen Infekten im Alter zu verbessern. Ihre Ergebnisse haben die Forscher im renommierten Fachjournal Cell veröffentlicht. Ihr Artikel ist der Titelbeitrag der aktuellen Ausgabe.

Originalpublikation:

A Differentiation Checkpoint Limits Hematopoietic Stem Cell Self-Renewal in Response to DNA Damage. Cell, Vol. 148, Issue 5, 1001-1014, March 2, 2012

Glossar

  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Lymphozyten sind eine Klasse der weißen Blutkörperchen, die in B- und T-Lymphozyten unterteilt werden und bei der Immunantwort des Körpers unterschiedliche Funktionen übernehmen (z. B. produzieren B-Lymphozyten Antikörper).
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Die Ribonukleinsäure (Abk. RNS oder RNA) ist eine in der Regel einzelsträngige Nukleinsäure, die der DNA sehr ähnlich ist. Sie besteht ebenfalls aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von vier Basen. Allerdings handelt es sich beim Zuckermolekül um Ribose und anstelle von Thymin enthält die RNA die Base Uracil. Die RNA hat vielfältige Formen und Funktionen; sie dient z. B. als Informationsvorlage bei der Proteinbiosynthese und bildet das Genom von RNA-Viren.
  • Screening kommt aus dem Englischen und bedeutet Durchsiebung, Rasterung. Man versteht darunter ein systematisches Testverfahren, das eingesetzt wird, um innerhalb einer großen Anzahl von Proben oder Personen bestimmte Eigenschaften zu identifizieren. In der Molekularbiologie lässt sich so z.B. ein gewünschter Klon aus einer genomischen Bank herausfiltern.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Das Immunsystem ist das körpereigene Abwehrsystem von Lebewesen, das Gefahren durch Krankheitserreger abwenden soll. Es schützt vor körperfremden Substanzen und vernichtet anormale (entartete) Körperzellen. Dies wird durch ein komplexes Zusammenspiel mehrerer Organe, Zelltypen und chemischer Moleküle vermittelt.
  • Die Zelldifferenzierung bezeichnet die Spezialisierung von Zellen in Bezug auf ihre Funktion und ihre Struktur. So entstehen aus undifferenzierte Stammzellen verschiedene Zelltypen wie Herzmuskel-, Nerven- oder Leberzellen, die ganz unterschiedlich ausssehen und verschiedene Aufgaben erfüllen.
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/pm/alterung-begrenzt-lebensdauer-von-immun-stammzellen/