Muskulatur: Protein weckt schlafende Stammzellen

8. Dezember 2015
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Für die Regulation der Stammzellaktivität in der Skelettmuskulatur ist das Protein Suv4-20h1 bedeutend. Ohne dieses nimmt die Muskelmasse nach mehrmaliger Regeneration ab. Die Beeinflussung des Proteins könnte dem Muskelabbau bei Duchenne-Patienten entgegenwirken.

Für Muskelstammzellen kommt es einem Spagat gleich: Im Falle einer Verletzung der Skelettmuskulatur sollten die Zellen dazu in der Lage sein, die beschädigten Muskelfasern schnell zu ersetzen. Dafür müssen sie innerhalb kürzester Zeit ihre Zellteilungsaktivität und den Zellstoffwechsel drastisch beschleunigen. Wird beides aber im gesunden Muskel nicht ausreichend unterdrückt, besteht die Gefahr, dass der Stammzellpool frühzeitig aufgebraucht wird. Der Körper wäre dann nicht mehr in der Lage, Muskelverletzungen selbst zu heilen.

Deshalb ist die Regulation zwischen dem Ruhezustand der Stammzellen und ihrer Aktivierung im Bedarfsfall von großer Bedeutung. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Thomas Braun, Direktor am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim, haben nun bei Untersuchungen an Mäusen ein Protein mit dem Namen Suv4-20h1 entdeckt, das eine wichtige Rolle als Schalter der Stammzellaktivität besitzt.

Zunächst stellten die Forscher fest, dass bei inaktiven Muskelstammzellen das Chromatin in einer besonderen Form vorliegt. Dieser als Heterochromatin bezeichnete Zustand ist typisch für Zellen, die wenig aktiv sind. Dies änderte sich hingegen, nachdem Suv4-20h1 in Mäusen durch einen gentechnischen Eingriff ausgeschaltet wurde: „In der Muskulatur bei Mäusen ohne Suv4-20h1 fanden wir viel weniger Stammzellen mit Heterochromatin“, sagte Yonggang Zhou, Koautor der Studie.

Weniger Muskelstammzellen ohne Suv4-20h1

Dies hatte Konsequenzen für die Aktivität der Stammzellen. So fanden die Bad Nauheimer Forscher in den Mäusen ohne Suv4-20h1 eine deutlich höhere Zahl teilungsaktiver Stammzellen. Das hatte zudem Folgen für die Regenerationsfähigkeit der Muskulatur. So können Tiere nach nur einmaliger Muskelschädigung ihre Muskulatur noch perfekt wiederherstellen, dies ändert sich jedoch nach mehrfacher Aktivierung der Regenerationsmaschinerie: „In diesem Fall nahm die Muskelmasse bei Mäusen, denen Suv4-20h1 fehlt, im Vergleich zu Kontrolltieren stark ab. Außerdem fanden wir bei diesen Tieren viel weniger Muskelstammzellen“, so Zhou.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Muskelstammzellen. Bei Mäusen ohne Suv4-20h1 (rechts) ist das Heterochromatin weniger stark verpackt (dunkel). © MPI f. Herz- und Lungenforschung

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Muskelstammzellen. Bei Mäusen ohne Suv4-20h1 (rechts) ist das Heterochromatin weniger stark verpackt (dunkel). © MPI f. Herz- und Lungenforschung

Die Beobachtungen besitzen eine klinische Relevanz. In einem Mausmodell für die Duchenne Muskeldystrophie, einer Erkrankung, die zum chronischen Verlust von Muskelmasse führt, fanden die Wissenschaftler erstaunliche Parallelen: Nicht nur das Heterochromatin war ähnlich reduziert wie zuvor in den Mäusen ohne Suv4-20h1, auch war von dem Protein selbst weniger vorhanden. Zudem besaßen die erkrankten Tiere ebenfalls weniger Muskelstammzellen.

Weitere Untersuchungen nötig

Für die Bad Nauheimer Wissenschaftler ist die Beeinflussung von Chromatin-modifizierenden Proteinen wie dem Suv4-20h1 ein therapeutischer Ansatz, um die Aktivität von Muskelstammzellen zu steuern. Dies könnte dem Muskelabbau bei Duchenne-Patienten oder auch dem Verlust von Muskelmasse im Alter entgegenwirken. Allerdings sind zunächst noch weitere Untersuchungen nötig, um die Zusammenhänge zwischen der Organisation des Chromatins und der genetischen Regulation der Stammzellaktivität besser zu verstehen.

Originalpublikation:

Regulation of Skeletal Muscle Stem Cell Quiescence by Suv4-20h1-Dependent Facultative Heterochromatin Formation
Verawan Boonsanay et al.; Cell Stem Cell, doi: 10.1016/j.stem.2015.11.002; 2015

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