Narbengewebe in verletzen Regionen im Gehirn ist besonders weich, was für die Bildung von Nervenzellen, der Neurogenese, ungünstig ist.
Neurale Stammzellen kommen im Gehirn von erwachsenen Säugetieren nur in wenigen bestimmten Bereichen vor, sogenannten Stammzellnischen. Nur in diesen Nischen, können neue Nervenzellen gebildet werden. Forschende entschlüsselten nun erstmals das Proteom dieser Nischen, also die gesamte Menge der dort vorhandenen Proteine, und verglichen dieses mit dem Proteom anderer Hirnregionen. Dabei entdeckten sie zentrale Regulatoren für die Bildung von Nervenzellen, der Neurogenese. Diese Erkenntnisse sind ausschlaggebend für die weitere Forschung, um künftig nach Gehirnverletzungen die Neurogenese gezielt zu aktivieren.
Was unterscheidet die neurale Stammzellnische von anderen Hirnregionen?
Warum befinden sich neurale Stammzellen nur in diesen Nischen und nicht auch im Rest des Gehirns? Bislang war nicht bekannt, was den Nischen ihre besondere Funktion verleiht. Auch darüber, wie sich neue Nervenzellen in bestehende neuronale Netze im erwachsenen Gehirn integrieren können, war bisher wenig bekannt.
Ein Vergleich des Proteoms der neuralen Stammzellnische und der Gehirnregion, in welche sich neu gebildete Nervenzellen integrieren, mit dem des restlichen Teils des Gehirns sollte daher Aufschluss über die Besonderheit der Nische geben – dem einzigen Ort, an dem Neurogenese im erwachsenen Säugetier-Gehirn möglich ist.
Eine Nische mit besonderen Eigenschaften
Zunächst erforschten Magdalena Götz und ihr Team das Proteom dieser besonderen Bereiche im Gehirn. Dafür betrachteten sie einerseits die größte Stammzellnische des Gehirns in der subependymalen Zone sowie andererseits den Riechkolben im vorderen Teil des Gehirns, da neugebildete Nervenzellen hierhin wandern, sich dort ausdifferenzieren und in das neuronale Netz integrieren.
Im Anschluss verglichen sie diese Proteome mit dem der Großhirnrinde, da dort, wie fast überall im Gehirn erwachsener Säugetiere, weder Neurogenese noch die Integration neuer Neuronen stattfinden.
Das Team beobachtete dabei, dass das Proteom der neurogenen Nische eine nischenspezifische extrazelluläre Matrixarchitektur besitzt. Besonders charakteristisch ist die hohe Löslichkeit der extrazellulären Matrix, wohin gegen andere charakteristische Proteine, wie die des multifunktionalen Enzyms Transglutaminase 2 schwer löslich, also stark vernetzt sind.
Das Team konnte sowohl mit pharmakologischen Inhibitoren wie auch genetischen Experimenten zeigen, dass Transglutaminase 2 eine entscheidende Rolle in der Regulierung der Neurogenese spielt.
Darüber hinaus könnte das Enzym aufgrund seiner vernetzenden Eigenschaft zur besonderen, steifen Beschaffenheit der neuralen Stammzellnische im ansonsten weichen Hirngewebe beitragen.
Wie eine verletze Hirnregion zur neuralen Stammzellnische wird
Das Wissen über Unterschiede im Proteom von neurogenen und nicht-neurogenen Hirnregionen ist sehr wichtig. Es könnte dabei helfen, Wege zu finden, um eine nicht-neurogene Region künftig mit der Fähigkeit zur Neurogenese auszustatten. Ebenso wichtig ist es, eine gute Umgebung für die Integration neuer Nervenzellen in der Großhirnrinde für eine Zellersatztherapie zu generieren, indem man Faktoren aus dem Riechkolben, wo ständig neue Nervenzellen integriert werden, aktiviert.
In einem nächsten Schritt werden Götz und ihr Team die analysierten Proteome mit denen verletzter Hirnregionen vergleichen. Ihr Ziel ist es, die Bildung von neuen Nervenzellen nach einer Hirnverletzung herbeizuführen, indem sie die verletzte Region in eine neurale Stammzellnische umwandeln.
Literatur:
Jacob Kjell, Judith Fischer-Sternjak, Amelia J. Thompson, Christian Friess, Matthew J. Sticco, Favio Salinas, Jürgen Cox, David C. Martinelli, Jovica Ninkovic, Kristian Franze, Herbert B. Schiller, Magdalena Götz. Defining the adult neural stem cell niche proteome identifies key regulators of adult neurogenesis. Cell Stem Cell, Volume 26, Issue 2, 6 February 2020, Pages 277-293.e8
Quelle: Helmholtz Zentrum München
