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Stammzellbiologie

Zellvielfalt im Gehirn dank unterschiedlichen "Stammzell-Altersgruppen"

ForscherInnen des IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften – zeigen, wie neuronale Stammzellen ihr "Alter" bestimmen können, um zur richtigen Zeit die richtigen Nervenzellen im Gehirn auszubilden.

 

 

Das menschliche Gehirn besteht aus Milliarden von Neuronen, die in einer Vielzahl von Formen und Größen vorkommen, um höhere Gehirnfunktionen zu ermöglichen. Verbale Kommunikation, die Fähigkeit, mehrere Ebenen komplexer Informationen zu verarbeiten, die Fähigkeit, abstrakt und kreative denken: All dies erfordert ein komplexes und bestens abgestimmtes Netzwerk an Nervenzellen, die sich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert haben. Trotz ihrer Vielfalt stammen alle Nervenzellen von einigen wenigen Vorfahren, sogenannten neuronalen Stammzellen, ab. Während sich das Gehirn entwickelt, teilt sich jede neuronale Stammzelle, um zwei Tochterzellen zu produzieren: Eine bleibt eine Stammzelle, die sich dann wieder teilen kann, und die andere wird zu einer Nervenzelle. 

Aber wie können wenige Stammzellen diese erstaunliche Vielfalt hervorbringen? Um dieses Rätsel in der Entwicklungsbiologie zu lösen, erforscht die Forschungsgruppe rund um Jürgen Knoblich am IMBA das Entwicklungsalter der Stammzellen. Dieses Phänomen wird auch als zeitliche Identität von Nervenzellen bezeichnet und erklärt, warum zu verschiedenen Zeiten verschiedene Arten von Nervenzellen erzeugt werden können.

In einer kürzlich im Open-Access-Journal elife veröffentlichten Studie konnten die ForscherInnen das Rätsel rund um „alternde“ Stammzellen enthüllen. Merve Deniz Abdusselamoglu, Doktorandin am IMBA, erforschte dafür die Gehirnentwicklung bei Fruchtfliegen.

Opa lässt Stammzellen altern

Die ForscherInnen entwickelten dafür eine neuartige Methode, um neuronale Stammzellen der Fliege in „Altersgruppen“ zu sortieren. Beim Vergleich verschieden alter Stammzellen stellten sie fest, dass durch ein Protein namens Opa aus „jungen “neuronalen Stammzellen "mittelalte" werden. Ein weiteres Protein, Osa, aktiviert dabei Opa, das wiederum ein Protein namens Dichaete unterdrückt. Da Dichaete hauptsächlich in jungen neuronalen Stammzellen aktiv ist, treiben die Wirkungen von Osa und Opa neuronale Stammzellen den Alterungsprozess an. 

Die aktuelle Studie zeigt, dass diese zeitlichen Muster von Stammzellen neue Einblicke in die komplexe Gehirnentwicklung geben. "Unsere Ergebnisse liefern uns wichtige Erkenntnisse, wann und wie grundlegende Prozesse im Gehirn schief gehen können, die Entwicklung stören und dabei Krankheiten verursachen ", sagt Jürgen Knoblich, wissenschaftlicher Direktor des IMBA und Letztautor der Studie. 

 

Original Publication: Abdusselamogluet al., “The transcription factor odd-paired regulates temporal identity in transit-amplifying neural progenitors via an incoherent feed-forward loop”, eLife , https://doi.org/10.7554/eLife.46566.001