19. Dez 2013

Stammzellen, die keine Nische brauchen

In der Haut bestimmen Stammzellen selbst darüber, wann sie wachsen und was aus ihnen wird. Zwei Signalstoffe sind daran beteiligt: Einer kurbelt das Wachstum an, der andere hemmt es. Das ist ungewöhnlich, den meist steuern spezialisierte Nischen das Wachstum und die Differenzierung von Stammzellen. Ein weiterer Beleg dafür, dass Stammzellen nicht festgelegten Mustern folgen, sondern sich flexibel der Umgebung anpassen.

Stammzellen sollen Gewebeschäden ausbessern und gleichzeitig ihre eigene Zahl konstant halten. Dies zwingt sie zu einem Balanceakt: Wachsen sie zu schnell, steigt das Krebs-Risiko; wachsen sie zu langsam, drohen Gewebeschäden. Vor allem stark beanspruchte Organe – wie etwa die Haut – benötigen ausgeklügelte Steuerkreise, die das Wachstum der Zellen regulieren.

Stammzellen der Haut kommen dabei ohne fremde Hilfe aus. Dies haben Forscher um Roel Nusse von der US-amerikanischen Stanford Universität entdeckt, als sie sich die Hinterpfoten von Mäusen näher anschauten. Diese Stammzellen setzen den Signalstoff Wnt frei: Der wirkt autokrin – wirkt also auf die Zellen selbst zurück – und regt sie zum Wachstum an. Gleichzeitig produzieren die Stammzellen einen Gegenspieler von Wnt, Dkk genannt, der das Wachstum hemmt und die Differenzierung zu fertigen Hautzellen vorantreibt. Das Zusammenspiel dieser beiden Faktoren bestimmt, wann sich eine Zelle teilt und wie sie sich entwickelt.

Das Besondere dabei: In der Haut der Mäusepfoten fand sich kein Hinweis auf eine Stammzell-Nische. Dabei sind Stammzellen normalerweise abhängig von diesen Nischen, die ihnen eine konstante und strukturierte Umgebung bieten. In der Stammzell-Nische des Knochenmarks etwa positionieren sich unterschiedlichen Zelltypen um die Stammzellen und versorgen diese mit allen wichtigen Wachstumsfaktoren. Hier und in vielen weiteren Geweben steuert also die Nische das Wachstum der Stammzellen.

Dazu muss sagen, dass die Haut der Hinterpfoten etwas ungewöhnlich ist – sie ist glatt und frei von Schweißdrüsen. Die Follikel, aus denen Haare entstehen, fehlen ebenfalls, und damit auch die mit ihnen verbundenen Stammzell-Nischen. Wo die Stammzellen in dieser einfach aufgebauten Haut sitzen, war zuvor unklar. Es war jedoch bekannt, dass Wnt-Signale oftmals das Wachstum von Stammzellen steuern, und so schauten die Forscher nach Zellen, die auf diesen Signalweg reagieren. Die Forscher wählten das Gen Axin als einen sogenannten Reporter: Es wird von Wnt angeschaltet, und wenn man Axin an einen Farbstoff koppelt, wird die Wnt-Aktivität durch ein Leuchten sichtbar.

Mit dieser Methode fanden die Forscher eine Population von gleichartigen Zellen, die vor allem in einer bestimmten Hautschicht (etwas von der Oberfläche entfernt) angereichert waren. Die folgenden Experimente zeigten eindeutig: Dies waren die gesuchten Haut-Stammzellen. Die Stammzellen stimulierten sich selbst durch die Produktion von Wnt und sorgten so für ihre eigene Vermehrung. Der Wnt-Gegenspieler Dkk jedoch wurde vorzugsweise in die oberen Hautschichten transportiert und löste dort die Entwicklung von Gewebezellen aus. Die räumlich aufgetrennte Freisetzung dieser Faktoren sorgt dafür, dass das Gleichgewicht zwischen Stamm- und Gewebezellen erhalten bleibt. In der Stammzellschicht dominiert Wnt (also Wachstum), weiter oben Dkk (also Differenzierung).

Eine weitere Besonderheit wurde dabei offenbar. Stammzellen teilen sich – laut einer gängigen Theorie – vor allem auf asymmetrische Weise: Von den beiden Tochterzellen bleibt eine weiterhin Stammzelle, die andere jedoch wird zu einer Gewebezelle. In der Haut der Mäusepfoten gehorchte die Teilung jedoch nicht dieser starren Regel – sie war vom Zufall bestimmt. Mal entstanden aus einer Stammzelle wieder zwei Stammzellen, dann zwei Gewebezellen, und ein anderes Mal jeweils eine von jeder Sorte. Das Schicksal einer einzelnen Stammzelle war nicht vorhersehbar, in der Summe jedoch blieb das Verhältnis stabil: Am Ende entstanden genauso viele Stammzellen wie Gewebezellen.

Diese Studie bestätigt ein Bild, dass sich schon länger andeutete: Adulte Stammzellen lassen sich nicht über einen Kamm scheren. Gängige Lehrmeinungen über die Funktion von Nischen oder den Ablauf der Stammzell-Teilung haben mit der Realität oft wenig zu tun. Dazu sind Stammzellen viel zu flexibel und passen sich zu sehr an die jeweiligen Gegebenheiten an.

 

Quelle:
Lim et al. (2013). Interfollicular epidermal stem cells self-renew via autocrine Wnt signaling Science DOI: 10.1126/science.1239730

Mehr dazu auf wissensschau.de:
Was sind Stammzellen? Symmetrische und asymmetrische Teilung

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