Eine Neuralleistenzelle (eine Art Stammzelle) beginnt mit der Fähigkeit, sich in eine beliebige Anzahl von spezialisierten Zelltypen zu differenzieren, scheint aber auch die Fähigkeit zu behalten, „seine Meinung zu ändern“ und sich unter den richtigen Umständen neu zu differenzieren, je nach neue Forschung von der University of Bath. Aufgrund dieser Hyperflexibilität sind die Möglichkeiten dieser Zellen, beschädigtes menschliches Gewebe zu ersetzen, wahrscheinlich noch größer als bisher angenommen.
Neuralleistenzellen – die in sehr jungen Embryonen vorkommen und für die Bestimmung der Haar- und Hautfarbe von entscheidender Bedeutung sind – sind von Natur aus hochflexibel und führen zu vielen verschiedenen Arten von lebenswichtigen Zellen, einschließlich Neuronen. Neue Forschungsergebnisse der University of Bath deuten darauf hin, dass ihre Flexibilität größer ist als bisher angenommen, eine Erkenntnis, die erhebliche Auswirkungen auf die regenerative Medizin hat.
Bisher ging man davon aus, dass sich Neuralleistenzellen sehr früh auf einen bestimmten Zelltyp festgelegt haben, wonach ihr Schicksal besiegelt war. Studien unter der Leitung von Professor Robert Kelsh vom Department of Life Sciences in Bath legen jedoch nahe, dass sie ihre Anpassungsfähigkeit auch dann beibehalten, wenn sie sich sichtbar differenziert haben.
Diese neu entdeckte Flexibilität hilft zu erklären, warum Neuralleisten-Stammzellen – eine wichtige Art von Stammzellen, die auch leicht aus der Haut von Erwachsenen isoliert werden können – ein immenses Potenzial als Behandlungen haben, um beschädigtes Körpergewebe in vielen Teilen des Körpers zu ersetzen und zu reparieren.
Die Erkenntnis, dass Neuralleistenzellen auch nach der Wahl eines Schicksals (z. B. die Entwicklung zu Hautpigmentzellen) in der Lage sein könnten, „ihre Meinung zu ändern“ und ein neues Schicksal zu wählen (vielleicht zu Knorpelzellen zu werden), bringt eine langjährige Debatte unter Biologen in Einklang über die Natur der Differenzierung von Neuralleistenzellen.
Zwei konkurrierende Theorien
Beim Menschen sind Neuralleistenzellen multipotent, das heißt, sie sind in der Lage, sich zu vielen verschiedenen Zelltypen zu entwickeln, darunter Zellen des peripheren Nervensystems, des Herzmuskels und des Knorpels sowie Pigmentzellen in Haut und Haaren. Das sind alles Zellen mit ganz spezifischen Funktionen.
Bisher haben zwei konkurrierende Theorien versucht zu erklären, wie sie das genau bewerkstelligen.
„Die Frage, wie das Schicksal dieser Zellen entschieden und eingeschränkt wird, ist seit über 40 Jahren unklar und wird viel diskutiert“, sagte Professor Kelsh.
Nach der ersten Theorie beginnen Neuralleistenzellen, sich im jungen Embryo einer bestimmten Rolle zu widmen, bevor sie den Ort verlassen, an dem sie entstehen – das Neuralrohr (das sich zum Gehirn und der Wirbelsäule entwickelt). Die Überlegung geht dahin, dass zu dem Zeitpunkt, an dem sie mit der Migration zu ihrem endgültigen Bestimmungsort – sei es Darm, Haut oder Bindegewebe – beginnen, ihr Schicksal bereits teilweise begrenzt ist (dh einige Optionen sind bereits vom Tisch) und dass immer mehr Optionen hinzukommen bei der Migration eliminiert.
Die zweite Theorie besagt, dass Neuralleistenzellen multipotent bleiben, wenn sie das Neuralrohr verlassen, und sich erst dann auf einen bestimmten Differenzierungsweg festlegen, wenn sie ihr Ziel erreichen.
In der Branche herrschte allgemein das Gefühl vor, dass das erste Modell das genauere der beiden war. Die neue Studie veröffentlicht in Naturkommunikationstellt jedoch fest, dass keine dieser „statischen“ Theorien richtig ist.
„Es scheint, dass diese Zellen ihr Schicksal viel dynamischer und mobiler wählen und ihre Optionen erst viel später als bisher angenommen irreversibel einschränken“, sagte Professor Kelsh. „Dies bietet experimentellen Biologen ein neues, aktualisiertes Modell, das ihnen hilft, das Verhalten von Neuralleistenzellen zu verstehen.“
Es ist seit langem bekannt, dass Neuralleistenzellen molekulare Signale aus ihrer Umgebung nutzen, um sich in den einen oder anderen Zelltyp zu verwandeln. Professor Kelshs genetische Arbeit am Zebrafisch – einem Süßwasserfisch mit vielen genetischen Ähnlichkeiten zum Menschen – zeigt jedoch, dass diese Schritte wahrscheinlich reversibel sind: Entfernen Sie die Signale und die Zellen kehren in einen primitiveren Zustand zurück, in dem ihr Potenzial zur unterschiedlichen Differenzierung wiederhergestellt wird.
Professor Kelsh sagte: „Unsere Arbeit zeigt, dass diese Zellen durch ihre Umgebung voreingenommen werden. Nehmen Sie sie aus dieser Umgebung und sie entspannen sich zurück in einen umfassenderen kompetenten Zustand, der wahrscheinlich in der Lage ist, alles zu werden.“
Er fügte hinzu: „Unsere Ergebnisse werden für andere Stammzellforscher von Interesse sein, da sie uns ein theoretisches Verständnis dafür vermitteln, wie Neuralleistenzellen in der Medizin verwendet werden könnten, um eine Vielzahl von Defekten zu reparieren, von Hautpigmentierungsdefekten wie Vitiligo bis hin zu Defekte des Nervensystems.“
Mehr Informationen:
Tatiana Subkhankulova et al, Zebrafisch-Pigmentzellen entwickeln sich direkt aus persistenten hochmultipotenten Vorläufern, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36876-4