Gen steuert Stammzellen während Muskelregeneration

Prmt5 Gen reguliert Aktivität und Funktion von Muskelstammzellen bei geschädigtem Skelettmuskel

1. Juni 2015

Im Vergleich zu vielen anderen Organen hat die Skelettmuskulatur ein hohes Regenerationspotenzial. Bei einer Schädigung des Muskels beginnen zwischen einzelnen Muskelfasern angesiedelte Muskelstammzellen, die auch als Satellitenzellen bezeichnet werden, sich in kürzester Zeit zu teilen und die geschädigten Muskelzellen zu ersetzen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben entdeckt, dass ein als Prmt5 bezeichnetes Protein die Aktivität dieser Stammzellen wesentlich reguliert. Nun soll in weiteren Studien untersucht werden, welche Rolle das Prmt5 bei Muskelerkrankungen spielt.

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Ohne Prmt5 heilt der Muskel nicht: Schnitte durch einen geschädigten Schienbeinmuskel von Mäusen. Fehlt Prmt5 (rechts), kommt die Muskelregeneration weitestgehend zum Erliegen (links: Muskel mit Prmt5).

Schon seit Jahrzehnten ist die Existenz von Satellitenzellen in der Skelettmuskulatur gängiges Schulbuchwissen. Die kleinen, kugeligen Stammzellen sind im Muskel zwischen den einzelnen Muskelfasern zu finden. Im Normalfall sind sie weitestgehend inaktiv. Dies ändert sich allerdings im Falle einer Muskelverletzung schlagartig. Innerhalb kürzester Zeit vermehren sich die Satellitenzellen und heilen die Verletzung, indem sie geschädigte Muskelfasern ersetzen.

Der Wechsel zwischen dem inaktiven Zustand der Satellitenzellen und ihrer gesteigerten Aktivität im Falle einer Muskelverletzung muss optimal ausbalanciert sein. Vermehren sich Satellitenzellen im gesunden Muskel unkontrolliert, erhöht dies die Tumorgefahr. Umgekehrt ist die Muskelregeneration gestört, wenn die Satellitenzellen im Verletzungsfall nicht schnell genug aktiviert werden.

Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Thomas Braun vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun ein für die Regulation der Aktivität von Satellitenzellen entscheidendes Gen identifiziert. In isolierten, aus der Maus stammenden Muskelstammzellen identifizierten die Forscher 120 Gene, die für die Funktion dieser Zellen wichtig sind.

Im nächsten Schritt schalteten sie eines dieser Gene, Prmt5, in den Satellitenzellen erwachsener Mäuse ab. „Bei gesunden Mäusen hatte das Ausschalten von Prmt5 in den Satellitenzellen keinen Effekt auf die Muskulatur. Das war aber völlig anders, wenn die Mäuse eine Muskelverletzung hatten“, sagt Ting Zhang, Erstautorin der Studie. In diesem Fall waren keine Anzeichen einer Regeneration zu erkennen, während bei Kontrollmäusen mit aktivem Prmt5-Gen die Muskulatur normal heilte. „Statt neuem Muskelgewebe zeigten die Mäuse ohne Prmt5 im Laufe der Zeit deutliche Anzeichen einer Fibrose.“

In weiteren Experimenten untersuchten die Max-Planck-Forscher, auf welche Weise Prmt5 die Muskelregeneration reguliert. In Mäusen ohne Prmt5 war die Anzahl der Satellitenzellen deutlich reduziert. Offensichtlich ist das Gen wichtig für die Regulation der Teilungsaktivität. Zudem fanden sie Hinweise darauf, dass Prmt5 auch das vorzeitige Absterben der Satellitenzellen verhindert und eine wichtige Rolle bei der Umwandlung in funktionelle Muskelfasern spielt.

Die Bad Nauheimer Wissenschaftler hoffen, mit ihrer Studie auch die Entstehung von Muskelerkrankungen beim Menschen besser verstehen zu können. „Der Verlust von Muskelgewebe bei fehlendem Prmt5 zeigt deutliche Parallelen zu degenerativen Muskelerkrankungen, beispielsweise der Duchenne Muskeldystrophie“, sagt Johnny Kim aus Brauns Arbeitsgruppe. Die Gruppe hofft nun, dass Mäuse, denen das Prmt5-Gen fehlt, zukünftig als Modell für diese Krankheit dienen könnten. „Wir möchten aber auch untersuchen, welche Rolle Prmt5 für die Entstehung von Muskelhypertrophien und bestimmten Tumorerkrankungen spielt“, so Kim.

MH/HR

 

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