Stammzellforschung

Die richtige Balance der Zellen

28. März 2022 von Sarah Nägele
Es gibt eine Seeanemone, die potenziell unsterblich ist. Wie sie das macht und was das mit der richtigen Balance der Zellen zu tun hat, untersucht ein Team von Entwicklungsbiolog*innen der Uni Wien. Denn Antworten auf diese Fragen bringen auch Erkenntnisse zum menschlichen Alterungsprozess.
Auf der Abbildung ist ein Polyp der extrem langlebigen Seeanemone zu sehen. © Andreas Denner
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Die Seeanemone Nematostella vectensis aus der Familie der Nesseltiere ist möglicherweise unsterblich. Sie zeigt keine Alterungsprozesse und kann sich immer wieder selbst regenerieren. Dabei verfügt sie über ein ähnlich komplexes Gennetzwerk wie der Mensch. Im Gegensatz zu dieser Seeanemone hat der Borstenwurm Platynereis eine drastisch beschränkte Lebensdauer, die abrupt mit der Eiablage endet. Im Rahmen der Forschungsplattform "Single Cell Regulation of Stem Cells" untersuchen Forscher*innen der Uni Wien die Rolle von Stammzellen für die Regenerationsfähigkeit – am Beispiel der beiden marinen Tiere. Sie gehen davon aus, dass die Regenerationsfähigkeit nicht durch die Existenz bestimmter Gene, sondern die spezifische Interaktion der Gene und Zellen miteinander funktioniert.

"Single Cell Genomics": Eine revolutionäre Methode

Welche Charakteristika der Stammzellen, die der Regeneration zugrunde liegen, sind in diesen beiden Organismen ähnlich? Welche sind unterschiedlich? Und wie stehen diese Unterschiede im Zusammenhang mit den verschiedenen Lebenszyklen? Um diesen Fragen auf den Grund zu gehen verwenden die Zellforscher*innen eine völlig neuartige Methode der Einzelzellsequenzierung. Durch diese wird das sogenannte Transkriptom, also die Gesamtheit aller aktiven und abgelesenen Gene, in Form von RNA-Transkripten bestimmt. Dieses Transkriptom ist ein Profil, das Aufschluss über die Identität des Zelltyps, aber auch über den zellulären Zustand gibt, und deutlich zwischen differenzierten Zellen, zum Beispiel Nervenzellen und Hautzellen, unterscheidet.

"Diese Methode ist revolutionär," schwärmt Ulrich Technau, der die Forschungsplattform koordiniert: "Ein Verständnis von Stammzelldifferenzierung war oft alles andere als trivial, weil man erstmal die Stammzellen im Organismus erkennen musste." Durch die neue Methode "Single Cell Genomics" können nun alle Zellen eines komplexen Organismus anhand ihrer spezifischen Transkriptomsprofile identifiziert werden. Die Methode erlaube zudem die Identifizierung der Stammzellen, aus denen diese Zellen sich differenziert haben. "Single Cell Genomics" erlaubt dem  Entwicklungsbiologen zufolge völlig neue Einblicke in die Heterogeneität, Herkunft und Plastizität von Zellen in komplexen Organismen, aber auch von einzelnen Geweben bis hin zu Krebs – und ermöglicht dadurch die viel zielgenauere, personalisierte Entwicklung von Therapien in der Biomedizin.

Confocales Laserscanning Mikroskopie einer Tentakelspitze eines transgenen Tieres, in dem die Nesselzellen (rot) und die Tentakelmuskeln (grün) markiert sind. © Andreas Denner

Zyklus von Entstehung und Vergänglichkeit

"Das ist natürlich auch für den Menschen relevant," erklärt Technau "Denn wir sind nur in sehr beschränktem Maße in der Lage, bestimmte Gewebetypen zu ersetzen. Andere, wie etwa Nervenzellen des zentralen Nervensystems, können sich kaum regenerieren." Zudem seien Alterungsprozesse beim Menschen in relevantem Ausmaß durch einen Verlust an Stammzellen gekennzeichnet, ohne dass man wissenschaftlich bisher genau verstehe warum. "Man weiß, dass jene Arten von menschlichen Zellen, die sich ständig erneuern, wie Immunzellen oder Hautzellen, dafür auf einen Pool von adulten Stammzellen zurückgreifen. Der sorgt dafür, dass konstant neue Zellen erzeugt werden, während die älteren absterben", so der Entwicklungsbiologe – sozusagen ein "Zyklus von Entstehung und Vergänglichkeit".

Die Balance in diesem Zyklus ist sehr wichtig für den Alterungsprozess. Wird sie gestört, dann kann es zu typischen Alterungsprozessen wie Muskelschwäche, aber auch Krankheiten wie Krebs kommen. Die "unsterbliche Seeanemone" scheint jedoch in der Lage, diese Balance über Jahrhunderte aufrecht zu erhalten – ihr Geheimnis hoffen die Forscher*innen der Uni Wien bald zu lüften. (sn)

Ulrich Technau ist Professor am Department für Neurowissenschaften und Entwicklungsbiologie und Leiter der Forschungsplattform "Single Cell Regulation of Stem Cells". Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehören u.a. Entwicklungsbiologie, Evolutionsforschung, Genomik und Molekularbiologie. Im Zentrum der Forschung steht die Frage nach der Entstehung von Körperbauplänen in der Tierwelt.