Funktioniert das Enzym nicht korrekt, schränkt dies die Lern-und Gedächtnisleistung ein, wie Forschende der Universität Zürich bei Mäusen und an menschlichen Zellen nachgewiesen haben. «Die Regulierung der Stammzellaktivität via Fettstoffwechsel könnte zu neuen Therapien von Hirnerkrankungen führen», schreibt das internationale Team um Professor Sebastian Jessberger vom Institut für Hirnforschung der Uni Zürich in einer Mitteilung vom Donnerstag.
«Wir hoffen (...), die Stammzellaktivität zukünftig therapeutisch steuern zu können, um sie auch zur Reparatur des Gehirns zu nutzen – etwa zur Behandlung von kognitiven Erkrankungen oder bei Krankheiten, bei denen Nervenzellen absterben, wie dem Morbus Parkinson oder Alzheimer», wird Studienleiter Jessberger zitiert.
In der Studie, die in der Fachpublikation «Cell Stem Cell» publiziert worden ist, wird erstmals gezeigt, dass ein Enzym des Fettstoffwechsels die lebenslange Aktivität von Stammzellen im Gehirn reguliert. Dieses Enzym - die sogenannte Fettsäuresynthase (FASN) - ist für die Bildung von Fettsäuren zuständig. Eine spezifische Mutation in der Erbinformation des Enzyms schränkt bei betroffenen Patientinnen und Patienten die kognitive Leistungsfähigkeit ein.
Die Forschenden untersuchten die genetische Veränderung von FASN sowohl im Mausmodell als auch in humanen Hirnorganoiden - organähnlichen Zellkulturen des Gehirns, die von menschlichen embryonalen Stammzellen gebildet werden. «Dieser Ansatz ermöglicht es, parallel die Auswirkungen des fehlerhaften Enzyms im Hirn erwachsener Mäuse und während der frühen menschlichen Gehirnentwicklung zu analysieren», so Jessberger.
Dazu wurde das Erbgut der Mäuse sowie der menschlichen Organoide experimentell so verändert, dass das Enzym des Fettstoffwechsels exakt jene Mutation aufweist, die bei den Menschen mit kognitiven Defiziten gefunden wurde.
Sowohl in der Maus als auch im menschlichen Gewebe führte die FASN-Mutation zur verminderten Teilung von Stammzellen, die laufend neue Nervenzellen bilden. Verantwortlich dafür ist die Überaktivität des mutierten Enzyms: Dadurch sammeln sich Fette im Zellinnern an, was die Stammzellen unter Stress setzt und ihre Teilungsfähigkeit reduziert.
«Nur die Verknüpfung von Forschung im Tiermodell und an menschlichen Zellen hat die neuen Erkenntnisse über Lern- und Gedächtniseinschränkungen beim Menschen ermöglicht», betont Jessberger. Gemäss den Wissenschaftlern stellt ihre Methodik eine «Blaupause» dar, um die Aktivität von Hirnstammzellen und ihre Rolle bei kognitiven Prozessen im Detail zu erforschen und damit nur schlecht verstandene Erkrankungen besser zu verstehen.
*Fachartikelnummer: DOI 10.1016/j.stem.2020.04002
(SDA)