Molekularer Schalter sorgt für frische Gehirnzellen

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Die Hirnregion Hippocampus einer erwachsenen Maus im Mikroskop: Die Zellkerne sind blau angefärbt. Die mit einem viralen Gentaxi infizierten Zellen leuchten grün. Die neuronalen Stammzellen sind rot markiert. Quelle: CRTD: F. Calegari

15.04.2011  - 

Dresdner Regenerationsforscher haben ein Versuchstiermodell geschaffen, mit dem im erwachsenen Gehirn von Mäusen neue Nervenzellen herangezüchtet werden können. Mit dem Verfahren lässt sich die Zahl von neuronalen Stammzellen im Gehirn von Mäusen vervielfachen. Durch einen molekularen Trick werden in der Folge dann frische Nervenzellen gebildet. Wie die Forscher im Journal of Experimental Medicine (2011, Online-Vorabveröffentlichung) berichten, werden damit neue Versuche zu kognitiven Funktionen des Gehirns, einschließlich des Lernens, des Gedächtnisses und des Gemütszustands möglich. Die Wissenschaftler hoffen auch, Therapien auf der Basis von neuronalen Stammzellen nun besser erforschen zu können.

Das Dogma, das im erwachsenen Gehirn keine neuen Nervenzellen mehr entstehen, wurde in den vergangenen Jahren klar widerlegt. Denn auch in unserm Denkorgan gibt es zwei Regionen, in denen sogenannte neuronale Stammzellen vorkommen.  Sie sorgen zeitlebens für Nachschub an frischen Nervenzellen (Neuronen) und Stützzellen (Glia), doch mit zunehmenden Alter gerät dieser Verjüngungsmotor immer mehr ins Stocken. Die Hoffnung von Regenerationsforschern ist es, das Potenzial der Stammzellen für die Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen zu nutzen. Bei Alzheimer oder Parkinson oder nach Schlaganfällen sterben Nervenzellen im Gehirn ab. Eine derzeit getestete Behandlungsstrategie ist die Zellersatztherapie. Hierbei werden aus Stammzellen abgeleitete Zellen in das Gehirn injiziert, in der Hoffnung, dass sie dort die verlorengegangenen Funktionen ersetzen. Ein eleganterer Weg wäre es, die wenigen körpereigenen Stammzellen im Gehirn ohne einen chirurgischen Eingriff zur Vermehrung anzuregen und  damit die Regeneration anzukurbeln.

An der Zellteilungsuhr gedreht

Forschern um Federico Calegari vom DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) ist ein grundlegender Schritt in diese Richtung gelungen. Schon 2009 hatten die Forscher ein System entwickelt, bei dem sie mittels gentechnischer Tricks an den Stellschrauben der Zellteilungsuhr von neuronalen Stammzellen gedreht und so ihre Vermehrung kontrolliert angekurbelt (mehr...). In ihrer neuen Studie belegen die Forscher, dass sich ihr System prinzipiell dafür eignet, um die Auswirkungen einer verstärkte Neurogenese auf die Lern- und Gedächtnisfähigkeit zu erforschen. Dazu haben die Forscher nun ein Mausmodell entwickelt, in dem man die Neubildung von Nervenzellen gezielt an- und abschalten kann. Anhand des Modells, so die Forscher, wird es nun erstmals möglich, eine Reihe von Hypothesen zu überprüfen, die Neurobiologen umtreibt: Sind die neuronalen Stammzellen entscheidend für die Kontrolle der kognitiven Gehirnfunktionen wie Lernen, Gedächtnis und Gemütszustand?  Wie kann man einem verstärkten Gedächtnisverlust im Alter durch neue Zellen entgegenwirken?

In dieser Folge der Kreidezeit erklären wir, was sich hinter dem Begriff Stammzellen verbirgt. Quelle: biotechnologie.de 

Einfluss neuronaler Stammzellen auf Lernen und Gedächtnis prüfen

Das Team um Calegari hat sich bei seinen Versuchen für den Hippocampus erwachsener Mäuse entschieden, eine Hirnregion, die enorm wichtig für die Überführung von Gedächtnisinhalten aus dem Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis sowie das Lernen ist. Mit Hilfe viraler Genfähren löste er in neuronalen Stammzellen des Hippocampus eine starke Produktion des Proteinkomplexes cdk4 und cyclinD1 aus. Dieser Komplex wirkt wie ein molekuarer Schalter: Ist er aktiv verkürzt sich die Zeitspanne zwischen zwei Zellteilungen. Dadurch wird eine erhöhte Produktion von Stammzellen in Gang setzt.  Das System lässt sich durch einen molekularen Trick nach einer Weile auch wieder ausschalten. „Aus dem erhöhten Stammzellpool haben sich nach dem Abschalten verstärkt Neuronen gebildet“, berichtet Federico Calegari. „Wir haben damit nachgewiesen, dass es im erwachsenen Mausgehirn möglich ist, die Neurogenese positiv zu beeinflussen.“ Mit der Technologie, die bereits zum Patent angemeldet ist, wollen die Forscher nun auch überprüfen, wie sich neuronale Stammzellen auch für die Therapie neurodegenerativer Erkrankungen oder Verletzungen des zentralen Nervensystems einsetzen lassen.