Gengesteuertes Wachstum in der Jugend treibt die Alterung von Blutstammzellen im späteren Leben voran

Das Blut wird ein Leben lang ständig aus Blutstammzellen wieder aufgefüllt. Im Alter verlieren diese Zellen jedoch ihre Funktion. Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) haben nun einen Genmechanismus gefunden, der für die Alterung blutbildender Stammzellen verantwortlich ist. Das Gen Igf2bp2 ist in der Jugend wichtig für die volle Funktion dieser Zellen, da es ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel aktiviert. Fehlt das Gen jedoch, ist der altersbedingte Funktionsverlust der Stammzellen überraschenderweise geringer. Die eventuelle Alterung hämatopoetischer Stammzellen ist offenbar bereits durch ihr gengesteuertes Wachstum in der Jugend vorprogrammiert.

Ab wann altern wir? Darüber spekulieren Wissenschaftler schon länger. Beginnt das Altern bereits früh im Leben oder beginnt der Prozess bereits im Embryo? Erste Studien an Würmern haben gezeigt, dass das Fehlen bestimmter Wachstumsgene deren Entwicklung verlangsamt, aber auch deren Alterung verzögern kann. Ob dieser Zusammenhang auch bei Säugetieren besteht, war bisher unklar und wurde daher in der aktuellen Studie an hämatopoetischen Stammzellen der Maus, die jetzt im Fachblatt erschienen ist, näher untersucht Blut.

Der Wachstumsfaktor Igf2bp2 steuert die Funktion von Blutstammzellen im frühen Leben

Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena konnten zeigen, dass der Wachstumsfaktor Igf2bp2 bei Mäusen die Funktion hämatopoetischer Stammzellen im jungen Erwachsenenalter steuert, indem er den Stoffwechsel und das Wachstum der Stammzellen aktiviert. „Danach wird das Gen stillgelegt und verliert seine Funktion, es zeigt im fortgeschrittenen Alter kaum noch Aktivität in den Stammzellen“, erklärt Prof. K. Lenhard Rudolph, Forschungsgruppenleiter am FLI und Professor für Molekulare Medizin an der FSU Jena. „Überraschenderweise zeigen Mäuse, bei denen das Gen mutiert ist, im späten Leben eine Verringerung des altersbedingten Funktionsverlusts der Blutstammzellen, obwohl das Gen nicht mehr aktiv ist die Alterung der Stammzellen.“

Die hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark sorgen dafür, dass das Blutsystem lebenslang kontinuierlich mit neuen Zellen versorgt wird und bei Stresssituationen wie Infektionen, Entzündungen oder Blutungen sofort mit der Produktion der benötigten Blutzellen begonnen werden kann. Die Blutbildung, auch Hämatopoese genannt, wird durch ein komplexes System von Stammzellen reguliert. Die Aktivität des Stoffwechsels und von Wachstumssignalen trägt entscheidend zur Entwicklung der Stammzellfunktion bei. Mit zunehmendem Alter des Organismus kann jedoch auch eine erhöhte Stoffwechselaktivität zu einer funktionellen Erschöpfung der hämatopoetischen Stammzellen führen. Ob die Stoffwechsel- und Teilungsaktivität hämatopoetischer Stammzellen bereits während der Embryonalentwicklung oder im Jugendalter die spätere Alterung der Zellen prädeterminiert, war bisher nicht bekannt und daher Gegenstand der aktuellen Studie.

Das Altern von Blutstammzellen kann im Entwicklungsgedächtnis der Zelle vorprogrammiert sein

Die experimentellen Befunde der aktuellen Studie legen nahe, dass die Aktivierung von Wachstum und Stoffwechsel bei juvenilen Mäusen den späteren Funktionsverlust hämatopoetischer Stammzellen vorprogrammiert und in das Gedächtnis der Zelle einschreibt. Das Igf2bp2-Gen treibt das Wachstum und die Stoffwechselaktivität in jungen Jahren voran, aber diese Aktivitäten tragen zum altersbedingten Verlust der hämatopoetischen Stammzellfunktion im späteren Leben bei.

„Die Studienergebnisse zeigen, dass für die ungestörte Entwicklung unserer Blutstammzellen eine gewisse Wachstums- und Stoffwechselaktivität notwendig ist. Diese beiden Prozesse brennen sich jedoch gleichzeitig als eine Art Gedächtnis in unsere Zellen ein und tragen dann zum Funktionsverlust bei.“ Blutstammzellen im späteren Leben“, postuliert Prof. Rudolph. „Die mechanistischen Prinzipien hinter diesem Zellgedächtnis sind noch weitgehend unbekannt. Aber wenn wir es ausreichend gut verstehen würden, könnten neue Therapien entwickelt werden, um die Gesundheit im Alter zu verbessern.“

Neue Untergruppe der Blutstammzellen

Die vorliegende Studie wurde in Zusammenarbeit mit dem Systembiologen Prof. Adam L. MacLean und seiner Mitarbeiterin Megan Rommelfanger von der University of Southern California, Los Angeles, USA, durchgeführt. Die Forschungsgruppe ist auf die Untersuchung von Genen auf Einzelzellebene spezialisiert . Mithilfe dieser Expertise konnten die Wissenschaftler eine neue Untergruppe hämatopoetischer Stammzellen identifizieren, die eine besonders starke Aktivität des Igf2bp2-abhängigen Metabolismus und Wachstums bei heranwachsenden Mäusen aufweisen.

„Die Aktivitätsphase des Igf2bp2-Gens in jungen Jahren könnte eine Art Gedächtnis in den Blutstammzellen auslösen“, spekulieren die Forscher, „das dann später im fortgeschrittenen Alter zur Dysfunktion des Blutsystems beiträgt.“ Dr. Miaomiao Suo, der Erstautor der Studie, glaubt, dass chemische Veränderungen in der Erbinformation oder epigenetische Faktoren hier von Bedeutung sein könnten. „Wir altern, weil wir wachsen. Daran kommen wir nicht vorbei. Aber es könnte in Zukunft möglich werden, das zelluläre Gedächtnis von Stoffwechsel- und Wachstumsaktivitäten zu löschen und so den Alterungsprozess zu verbessern“, schließt Prof. Rudolph.

Zur Verfügung gestellt vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI)