Stammzellbedingte Veränderungen, die zum altersbedingten kognitiven Verfall beitragen können, identifiziert

Stammzellbedingte Veränderungen, die zum altersbedingten kognitiven Verfall beitragen können, identifiziert
Stammzellbedingte Veränderungen, die zum altersbedingten kognitiven Verfall beitragen können, identifiziert
Anonim

Eine neue Studie des Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) bietet eine Erklärung dafür, warum unser Gehirn mit zunehmendem Alter immer weniger Neuronen produziert, ein Phänomen, von dem angenommen wird, dass es dem altersbedingten kognitiven Rückgang zugrunde liegt. Die Studie, die als Titelgeschichte in der Ausgabe von Cell Stem Cell vom 6. Mai veröffentlicht wurde, legt nahe, dass dieser Produktionsrückgang auf den schrumpfenden Vorrat an adulten Stammzellen in unserem Gehirn zurückzuführen ist.

"Erst vor kurzem haben Wissenschaftler handfeste Beweise für die Bedeutung der Produktion neuer Neuronen im Hippocampus des erwachsenen Gehirns gefunden, einer Region, die für das Gedächtnis und die kognitive Funktion entscheidend ist", erklärt außerordentlicher Professor Grigori Enikolopov, Ph.D., der das CSHL-Team leitete. Die neuen Neuronen sind für einige Facetten des Gedächtnisses von entscheidender Bedeutung – zum Beispiel, wenn ähnliche Ereignisse als separate Episoden gespeichert werden müssen – und für das Ansprechen auf Antidepressiva-Therapien und die Reparatur nach einer Hirnverletzung.

"Dass die Produktion neuer Neuronen mit zunehmendem Alter abnimmt, ist allgemein bekannt, aber warum dies geschieht, war umstritten", sagt Enikolopov. Eine vorherrschende Vorstellung war, dass die Population von adulten Stammzellen – die sich in eine Kaskade von Vorläuferzellen differenzieren, aus denen schließlich reife Neuronen entstehen – stabil bleibt, aber die Stammzellen allmählich ihre Fähigkeit verlieren, Neuronen zu produzieren. Die Gruppe von Enikolopov arbeitet mit einem von ihnen entwickelten genetischen und molekularen „Werkzeugkasten“und schlägt nun einen anderen Grund für den Produktionsausfall vor.

In der Toolbox des Teams befinden sich gentechnisch veränderte Mauslinien, in denen verschiedene Klassen von Nervenzellen wie Stamm- und Vorläuferzellen visuell identifiziert und gezählt werden können, da sie mit unterschiedlichen fluoreszierenden Farben markiert sind.Der Postdoktorand Juan Encinas, Ph.D., und der Rest von Enikolopovs Team konnten somit „quantitativ beurteilen, wie sich die verschiedenen Populationen von Zellen im Gehirn mit dem Alter verändert haben.“

Zwischen einem Monat und zwei Jahren - der normalen Lebensspanne einer Maus - beobachteten die Wissenschaftler eine 100-fache Abnahme der Zahl der Hirnstammzellen. Die Rate dieser Abnahme verlangsamte sich mit dem Alter, aber die Leistung pro Zelle – gemessen als die Anzahl der Nachkommen, die jede Zelle hervorbringt – nahm zu, was laut Enikolopov eine Strategie sein könnte, um mit dem Verlust von Stammzellen fertig zu werden.

Während die Wissenschaftler in Enikolopovs Labor genetische und molekulare Markierungsmethoden verwendeten, um die Teilung der adulten Stammzellen zu verfolgen und die Abstammungslinie ihrer Nachkommen zu verfolgen, erstellte der Computerbiologe und CSHL Associate Professor Alexei Koulakov ein mathematisches Modell, das auf den von produzierten Daten basiert die Experimente des Teams. Diese verschiedenen Ansätze konvergierten alle, um sich auf eine einzige Schlussfolgerung zu konzentrieren: eine einzigartige Art der Stammzellenregulation im Gehirn, die sich vom herkömmlichen Modell unterscheidet.

Blutstammzellen zum Beispiel durchlaufen viele Zyklen der Selbsterneuerung, gefolgt von Ruhephasen – Perioden der Inaktivität – und ihre Anzahl nimmt mit dem Alter nicht ab. Enikolopovs Gruppe fand heraus, dass im Gegensatz dazu die adulten Stammzellen im Gehirn längere Zeit in Ruhe bleiben, bis sie aktiviert werden. Sie durchlaufen dann eine Reihe schneller Teilungen, die zu Nachkommen führen, die sich in Neuronen differenzieren. Danach geben die Stammzellen ihre „Stammheit“auf, indem sie sich in Astrozyten differenzieren, eine Art nicht-neuronale „Helfer“-Zellen.

"Dies impliziert, dass jede adulte Gehirnstammzelle nur einmal verwendet wird und daher wegwerfbar ist, im Gegensatz zu Stammzellen im Blut oder Darm, die sich im Laufe des Lebens viele Male selbst erneuern", erklärt Enikolopov. Ob die Stammzellen, die sich im alternden Gehirn in Astrozyten umgewandelt haben, dazu gebracht werden können, zu ihrer früheren Identität zurückzukehren und wieder in den Stammzellpool aufgenommen zu werden, ist eine Frage, der sein Team nachgeht.

Die Ergebnisse klären weitere Fragen zu den Folgen der Induktion neuronaler Produktion. Es ist bekannt, dass Medikamente wie Prozac und sogar Bewegungsformen wie Laufen die Neuronenbildung anregen. „Die Fähigkeit, neue Neuronen zu produzieren, ist offensichtlich gut“, sagt Enikolopov. "Aber da adulte Hirnstammzellen einer 'Use it and lose it'-Regel zu folgen scheinen, erschöpft eine zu starke Aktivierung der neuronalen Produktion den Stammzellpool vorzeitig?"

Die Antwort hängt laut Enikolopov davon ab, wie die Produktion neuer Neuronen induziert wurde. Während die Parkinson-Krankheit und traumatische Hirnverletzungen, die Stammzellen direkt aktivieren, zu einer Erschöpfung des Stammzellpools führen können, stimulieren die therapeutische Tiefenhirnstimulation bestimmter Gehirnbereiche, Prozac und Bewegung die nachgelagerten Nachkommen von Stammzellen und erhöhen die Produktion neuer Neuronen, während der Stammzellenpool selbst sicher und intakt bleibt. Enikolopov und seine Kollegen planen, diese Ergebnisse und ihre Maus-Toolbox zu nutzen, um Medikamente zu finden, die das neuronale Wachstum ankurbeln können, ohne den Stammzellen-Cache der Erwachsenen zu schädigen.

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