Die Regeln der Regeneration Wie alte Zellen neuen Muskeln helfen – Salamander untersucht

Im Alter werden nicht nur wir selbst inaktiver, sondern auch unsere Zellen. Immer mehr stellen die Teilung ein, bleiben aber noch am Leben – es werden sozusagen Zombie-Zellen. Wie diese sogar eine positive Rolle bei Regenerationsprozessen einnehmen, haben Forscher nun in Salamandern untersucht

Was macht Alter im biologischen Sinn aus? Wie unterscheiden sich Zellen in einem alten Organismus von denen in einem jungen? Ein Anhaltspunkt sind so genannte seneszente Zellen, die sich aufgrund von Zellstress nicht mehr teilen, aber auch nicht abgestorben sind. Es sind sozusagen Zombie-Zellen. Wenn Organismen altern, nimmt die Anzahl seneszenter Zellen im Körper zu. Diese Anhäufung wird derzeit als eines der Merkmale des Alterns angesehen und mit einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Krebs, in Verbindung gebracht. Die wahre Natur dieser Zellen könnte jedoch komplexer und kontextabhängig sein.

Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass alternde Zellen auch positive Effekte haben können, etwa bei der Wundheilung oder bei der Verhinderung von Narbenbildung im Gewebe. „Vor einigen Jahren entdeckte unsere Gruppe, dass seneszente Zellen in wichtigen Stadien der Regeneration von Salamander-Gliedmaßen vorkommen“, sagt Dr. Maximina Yun, Forschungsgruppen-Leiterin am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) „Interessanterweise fanden andere Gruppen diese Zellen später auch in anderen Regenerationszusammenhängen, sogar bei Säugetieren. Wir wollten daher herausfinden, ob diese Zellen in irgendeiner Weise zur Regeneration selbst beitragen“, führt Yun aus, die ebenfalls am Exzellenzcluster Physik des Lebens (PoL) der TU Dresden und am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) tätig ist.

Alte Zellen fördern die Regeneration

Die Forscher um Yun untersuchen Salamander. Diese Tiere verfügen über einzigartige Regenerationsfähigkeiten und können viele Organe ihres Körpers nachwachsen lassen, darunter auch verlorene Gliedmaßen. „Die Regeneration von Salamander-Gliedmaßen ist ein faszinierender Prozess. Innerhalb weniger Wochen wächst eine voll funktionsfähige Gliedmaße nach“, beschreibt die Gruppenleiterin.

Um herauszufinden, ob das Vorhandensein seneszenter Zellen den Regenerationsprozess der Gliedmaßen beeinflusst, haben die Wissenschaftler einen Weg gefunden, die Anzahl seneszenter Zellen in der Wunde zu modulieren. Tatsächlich ließ sich so der Regenerationsprozess verbessern.

„Wenn mehr seneszente Zellen in der Wunde vorhanden waren, entwickelten die Tiere eine größere Regenerationsknospe oder, wie wir es nennen, ein Blastem. Dabei handelt es sich um eine Ansammlung von Zellen, die alle Gewebe bilden, die in der neuen Gliedmaße benötigt werden“, erklärt Yun. „Je größer das Blastem ist, desto mehr Zellen stehen für das Nachwachsen der Gliedmaße zur Verfügung und desto schneller verläuft der Regenerationsprozess. Das Vorhandensein von seneszenten Zellen scheint den Regenerationsprozess zu beschleunigen.“

Molekulare Signalwege nach einer Verletzung

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Biologische Zeitmaschine lässt neue Muskeln wachsen

Bei der genaueren Untersuchung des Blastems mit und ohne den Einfluss seneszenter Zellen entdeckte das Team einen neuen Mechanismus, der den Regenerationsprozess fördert, und stellte fest, dass die Anwesenheit seneszenter Zellen die Zahl der sich regenerierenden Muskelzellen erhöht. Die Wissenschaftler wiesen nach, dass seneszente Zellen Faktoren absondern, die das benachbarte Muskelgewebe dazu anregen, einen Entwicklungsschritt zurück zu machen und neue Muskeln zu bilden.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass seneszente Zellen die Zell-Zell-Kommunikation nutzen, um den Regenerationsprozess zu beeinflussen. Sie scheiden Moleküle aus, die den reifen Muskelfasern signalisieren, sich in Muskelvorläuferzellen zu entdifferenzieren“, erläutert die Gruppenleiterin. „Diese Zellen können sich sowohl selbst vermehren als auch in neue Muskelzellen differenzieren und so den Regenerationsprozess fördern. Diese Signalübertragung scheint ein wichtiger Bestandteil der Förderung der Regeneration zu sein.“

Vorerst konzentriert sich die Gruppe auf Muskeln, eines der wichtigsten regenerierenden Gewebe in Gliedmaßen. Das Team untersucht jedoch bereits, ob die Signalübertragung seneszenter Zellen auch zur Regeneration anderer Gewebe beiträgt.

Sagenhafte Salamanderkräfte studieren

Yuns Gruppe arbeitet mit Salamandern, um Regenerations- und Alterungsprozesse zu untersuchen. „Salamander sind eine der wenigen Tierarten, die sich dem natürlichen Alterungsprozess zu entziehen scheinen. Sie zeigen keine typischen Alterserscheinungen und erkranken nicht an altersbedingten Krankheiten wie Krebs. Außerdem haben sie außergewöhnliche Selbstheilungskräfte“, sagt die Forscherin. Diese Tiere können fast jedes Organ in ihrem Körper regenerieren. Das Studium der Salamander hilft ihr und ihren Kollegen am CRTD, die Prinzipien des Regenerationsprozesses zu verstehen und könnte langfristig dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, warum die Regenerationsfähigkeit des Menschen so begrenzt ist.

Originalpublikation: Hannah E. Walters, Konstantin E. Troyanovskiy, Alwin M. Graf and Maximina H. Yun: Senescent cells enhance newt limb regeneration by promoting muscle dedifferentiation, Aging Cell (April 2023); DOI: 10.1111/acel.13826

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