Warum regenerieren manche Tiere verlorenes Gewebe nach einer Verletzung, während andere dies nicht tun? Forscher aus dem Labor von Kerstin Bartscherer (Universität Osnabrück und ehemals Hubrecht-Institut) und Ashley Seifert (University of Kentucky) untersuchten Stachelmäuse, die eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit besitzen, um diese Frage zu beantworten. Sie verglichen und modulierten die Verletzungsreaktionen dieser Mäuse und gewöhnlicher Labormäuse, die bei Verletzungen Narben zeigen. Dies zeigte, dass die ERK-Signalgebung ein entscheidender molekularer Schalter zwischen Narbenbildung und Regeneration ist.
Die Ergebnisse dieser Studie wurden am 26. April in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte und implizieren, dass die Modulation der ERK-Signalgebung möglicherweise verwendet werden könnte, um die Regeneration in einem klinischen Umfeld zu stimulieren.
Es wird geschätzt, dass etwa 50 % der Menschen an einer Krankheit sterben, die mit Narbenbildung einhergeht. Narbenbildung ist das Ergebnis einer begrenzten Fähigkeit, verlorene und beschädigte Teile des menschlichen Körpers zu regenerieren. Bleibende Narben behindern die normale Funktion unserer Organe und können daher zu Organversagen führen. Auffallenderweise zeigen einige Tiere keine ausgedehnte Narbenbildung und sind in der Lage, die meisten Organe in ihrem Körper nach einer Verletzung zu regenerieren. Die von diesen Tieren gelernten Lehren sind vielversprechend, um die Regeneration beim Menschen anzuregen.
Die Forscher untersuchten eines dieser Tiere: die Stachelmaus. Stachelmäuse sind eng mit gewöhnlichen Labormäusen verwandt. Trotz dieser engen Beziehung besitzen Stachelmäuse eine bemerkenswerte Fähigkeit, komplexe Gewebe zu regenerieren, die gewöhnlichen Labormäusen fehlen. „Um dies zu untersuchen, provozieren wir bei den beiden Mausarten durch kleine Ohrschläge eine Verletzungsreaktion. Während die Stachelmaus das Loch im Ohr innerhalb eines Monats repariert, heilt das Loch im Ohr der Labormaus nicht“, erklärt Antonio Tomasso, Erstautor der Studie. Die Forscher verglichen dann die Verletzungsreaktionen auf molekularer Ebene, um neue Faktoren zu identifizieren, die regenerative Unterschiede zwischen den Arten erklären könnten.
Dabei identifizierten die Autoren das Signalprotein ERK als einen der Faktoren, der nach einer Verletzung zwischen den Mausarten unterschiedlich reguliert wird. Tomasso erklärt: „Während ERK zunächst in den Wunden beider Arten aktiviert wurde, ging diese Aktivität bei der gewöhnlichen Labormaus schnell verloren. Stachelige Mäuse hingegen hielten die ERK-Aktivierung über einen längeren Zeitraum aufrecht.“
Die ERK-Signalübertragung ist für ihre wichtige Rolle bei Prozessen wie Zellteilung und Überleben bekannt. Nun entdeckten die Autoren, dass die späte Aktivierung von ERK auch für den Regenerationserfolg des Stachelmausohrs entscheidend ist, da die ERK-Hemmung eine erfolgreiche Regeneration des Gewebes verhinderte.
Die Forscher untersuchten dann, ob die Stimulierung der späten ERK-Aktivität im Ohr der nicht regenerierenden Labormaus ausreichen würde, um die Regeneration zu verbessern. Dazu implantierten sie winzige Kügelchen ins Ohr, die mit Aktivatoren des ERK-Proteins getränkt waren. Die Kügelchen setzen diese Faktoren lokal frei, was zu einer Aktivierung des ERK-Signalwegs im geschädigten Gewebe führte.
„Wir haben gesehen, dass die Implantation der Kügelchen unter anderem zu einem kontrollierten Gewebewachstum, einer Aktivierung des Zellzyklus und der Bildung von Haarfollikeln führte: alles Kennzeichen einer echten regenerativen Reaktion“, sagt Tomasso. Daraus schlossen die Forscher, dass die Modulation der ERK-Aktivität genutzt werden kann, um die Regeneration in Geweben zu stimulieren, in denen dies nicht natürlich vorkommt.
Die Ergebnisse der Studie zeigen deutlich, dass schlechte Regeneratoren wie Labormäuse die Fähigkeit, verlorenes Gewebe zu regenerieren, nicht vollständig verloren haben. Stattdessen zeigt es, dass die Aktivierung von Faktoren wie ERK das Potenzial haben könnte, die Regeneration im Zusammenhang mit der Narbenbildung zu stimulieren. Auffallenderweise beobachteten die Forscher, dass die ERK-Aktivierung auch zu späten Zeitpunkten im Zusammenhang mit Rückenhaut- und Herzverletzungen von Stachelmäusen aufrechterhalten wurde.
„Wir haben die Wirkung der ERK-Aktivierung auf die Regeneration anderer Organe noch nicht im Detail untersucht. Die Tatsache, dass das Aktivierungsmuster in anderen Organen sehr ähnlich ist, deutet jedoch darauf hin, dass eine verlängerte ERK-Signalisierung ein allgemeines Merkmal von regenerierendem Gewebe sein könnte“, sagt er Gruppenleiterin Kerstin Bartscherer. Sie kommt zu dem Schluss: „Es ist daher möglich, dass die Modulation der ERK-Aktivierung das Potenzial hat, die Narbenbildung auch bei anderen Arten zu verhindern oder rückgängig zu machen. Um dies zu bestätigen, sind weitere Untersuchungen erforderlich.“
Mehr Informationen:
Antonio Tomasso et al, Ein ERK-abhängiger molekularer Schalter antagonisiert Fibrose und fördert die Regeneration bei Stachelmäusen (Acomys), Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf2331. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf2331