Stammzellen: Daueralarm nagt an der Substanz

19. Februar 2015
Teilen

Alltägliche Gesundheitsprobleme wie etwa Infektionen reißen die Blutstammzellen im Knochenmark immer wieder aus ihrem Schlafzustand und regen sie zur Teilung an. Dabei sammeln sich regelmäßig Erbgutdefekte an, die schließlich zum Versagen der Stammzellen führen können.

Von diesen Erkenntnissen berichten Wissenschaftler vom Deutschen Krebsforschungszentrum und vom Stammzellinstitut HI-STEM nun in der Zeitschrift Nature. Die Forscher zeigten an normalen Mäusen, wie es zu dieser typischen Alterserscheinung kommt. Bei Mäusen mit einem defekten Erbgut-Reparatursystem führte die wiederholte Aktivierung der Blutstammzellen sogar zum völligen Versagen des Knochenmarks und damit zu Symptomen des vorzeitigen Alterns. Die Erbgutschädigungen stehen auch im Verdacht, Stammzellen zu Krebs entarten zu lassen.

Während der gesamten Lebensspanne erneuern und erhalten Stammzellen die Gewebe unseres Körpers. Besteht gerade kein Bedarf an Zell-Nachschub, so verharren Stammzellen, etwa die des blutbildenden Systems im Knochenmark, in einem tiefen Schlaf. Während dieser Ruhephase teilen sie sich nicht und verbrauchen auch sehr wenig Energie.

Blutverlust, Infektionen und Entzündungen “wecken” Stammzellen

Blutverlust, Infektionen und Entzündungen wirken wie ein Wecker auf schlafende Blutstammzellen. Unverzüglich beginnen sie mit der Zellteilung und produzieren Nachschub – etwa, um Immunzellen für die Virenabwehr bereitzustellen oder um einen Verlust an roten Blutkörperchen oder Blutplättchen auszugleichen. 

„Unsere Theorie war, dass dieser Schlafzustand die Blutstammzellen vor DNA-Schäden und damit vor vorzeitigem Altern schützt“, sagt Dr. Michael Milsom. Der Stammzellexperte leitet eine Nachwuchsgruppe, die im DKFZ und im von der Dietmar Hopp Stiftung geförderten Heidelberger Institut für Stammzelltechnologie und Experimentelle Medizin (HI-STEM gGmbH) angesiedelt ist. Milsom und seine Mitarbeiter untersuchten nun an Mäusen, ob Wecksignale tatsächlich zu DNA-Schäden und damit zu einem Versagen der Blutstammzellen führen können.

Hohe Stoffwechselaktivität erhöht die Fehlerquote

Dr. Dagmar Walter und Amelie Lier, die Erstautorinnen der Arbeit, behandelten Mäuse mit einer Substanz, die dem Körper eine Virusinfektion vortäuscht. Anschließend untersuchten sie die Blutstammzellen, die durch die vermeintliche Virusinfektion erwartungsgemäß aus dem Tiefschlaf geweckt worden waren und die Zellteilung wieder aufgenommen hatten. Dabei hatten sich im Erbgut viele neue Defekte angehäuft. „Die Blutstammzellen müssen in kürzester Zeit von Tiefschlaf auf maximale Aktivität umschalten. Hierfür steigern sie ihre Stoffwechselaktivität drastisch, um neue Tochterzellen zu produzieren. Das erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass etwas schief geht“, erklärt Michael Milsom.

“Aufgeweckte” Stammzellen: mehr schädliche reaktive Stoffwechselprodukte

In der Tat enthielten aufgeweckte Stammzellen mehr schädliche reaktive Stoffwechselprodukte, die als wichtige Ursache für DNA-Schäden gelten. Diese Erbgutschäden können zum Verlust von Stammzellen oder – noch schlimmer – zu Krebs führen. 

Glücklicherweise sind Stammzellen mit Reparatursystemen ausgestattet, die den größten Teil dieser DNA-Schäden wieder reparieren. Werden die Zellen jedoch zu häufig oder sogar chronisch solchen Stressfaktoren ausgesetzt, wird das Reparatursystem überlastet. Dies führt dazu, dass die Stammzellen mit zunehmendem Alter immer mehr Erbgutschäden ansammeln und schließlich versagen und sterben.

Eingeschränkte Reparaturfähigkeit verstärkt Entwicklung

„Unsere Versuche belegen, wie es zur Anhäufung von DNA-Schäden kommt. Damit können wir erklären warum die Regenerationsfähigkeit unserer Gewebe und Organe im Alter zurückgeht“, erläutert Milsom. 

In Blutstammzellen mit eingeschränkter Reparaturkapazität, so vermuteten Milsom und Kollegen, müssten die Konsequenzen der Erbgutschädigung noch deutlicher zu tragen kommen als in normalen Blutstammzellen. Sein Team untersuchte daher Mäuse mit einem defekten Reparatursystem. In Menschen führt dieser Defekt zur Fanconi-Anämie. Patienten, die von dieser Erbkrankheit betroffen sind, altern frühzeitig und ihr blutbildenden Systems stellt bereits in jungen Jahren den Zell-Nachschub ein, was auch als Knochenmarksversagen bezeichnet wird. 

Die Fanconi-Mäuse wurden mit der Substanz behandelt, die dem Körper einen Virusinfekt vortäuscht. Normale Tiere verloren daraufhin einen Teil der Blutstammzellen im Knochenmark. Mäuse mit dem Reparaturdefekt konnten die stressinduzierten DNA-Schäden nicht reparieren, was zu einem kompletten Verlust aller Blutstammzellen führte. „Die Tiere zeigten genau die gleichen Symptome wie Patienten, die an einer Fanconi-Anämie leiden“, sagt Milsom.

1508_schmuck_01

Nach einer Behandlung, die schlafende Blutstammzellen aufweckt: Das Knochenmark normaler Mäuse (links) ist vollgepackt mit Blutzellen verschiedener Reifestadien. Bei einer Maus mit dem Fanconi-Defekt dagegen führt diese Behandlung zum „Knochenmarksversagen“, anstelle der Blutzellen haben sich Fettzellen angesiedelt. Bild: © Michael Milsom, DKFZ

Alltägliche Gesundheitsprobleme lassen Stammzellen altern

Prof. Dr. Andreas Trumpp, Abteilungsleiter am DKFZ und Geschäftsführer der HI-STEM gGmbH, hält die Arbeit für entscheidend für das Verständnis von altersbedingten Krankheiten und von Krebs: „Es sind die ganz normalen Gesundheitsbeschwerden, mit denen der Körper ein Leben lang ständig fertig werden muss, die die Blutstammzellen aus dem Schlaf reißen und in den Zellteilungszyklus zwingen: Blutverluste, Infektionen oder Entzündungen. Auf die Dauer gesehen führt das zu einem spürbaren Verschleiß der Blutstammzellen. Oder die DNA-Schäden lassen Stammzellen entarten und zum Saatkorn einer Krebserkrankung werden. Das ganz normale Leben lässt uns – und unsere Stammzellen – altern!“

Originalpublikation:

Exit from dormancy provokes DNA damage-induced attrition in haematopoietic stem cells
Dagmar Walter, Amelie Lier et al.; Nature, doi: 10.1038/nature14131; 2015

25 Wertungen (4.36 ø)

Die Kommentarfunktion ist nicht mehr aktiv.

5 Kommentare:

Arzt
Arzt

sehe gerade, nach doccheck sogar mehr als 3 Millionen/sec. :-)

#5 |
  0
Arzt
Arzt

@Dr. med. Erika Bellgardt, sicher nicht, das ist keine “Entzündung”,
der Mensch bildet etwa 2 Millionen neue Erythrozyten pro Sekunden.
Man muss nur sicherstellen, dass die dafür erforderlichen “Werkzeuge” vorhanden sind wie Eisen, B12 und Folsäure.

Eine Generalisierung ist sowieso Quatsch, wie #2 richtig sagt, nicht nur beim Muskel.
Wir haben auf der anderen Seite bei Kindern genau den gegenteiligen Effekt, nämlich mehr Krebs (Leukämien), je weniger Infekte! Um hier nicht die Impfgegner auf den Plan zu rufen,
auch je weniger Impfungen!

#4 |
  0
Gast
Gast

Das ist etwa so logisch, wie ein Muskel, der gesünder sein soll, wenn er nicht genutzt wird.
Ich empfehle einen Test mit 10 Tagen strikter Bettruhe,
wer dann immer noch genau so schnell die Treppe rauf läuft wie vorher bekommt einen Kasten Bier.

#3 |
  0
Dr. med. Erika Bellgardt
Dr. med. Erika Bellgardt

Demnach haben Blutspender ein höheres Krebsrisiko !?

#2 |
  0
Medizinjournalist

Das ganz normale Leben lässt uns altern. Benzodiazepine und Stress, Alkohol und Fastfood, Smartphone und Fernsehen und möglichst niemals nachdenken, was denn lebenswert sein könnte. Ach ja und bloß nicht bewegen. Knie-, Hüft- und Rückenoperationen sollten doch kein Problem für die Blutstammzellen sein.

#1 |
  0


Copyright © 2017 DocCheck Medical Services GmbH
Sprache:
DocCheck folgen: