Standort: science.ORF.at / Meldung: "Zuckermolekül als chemischer Jungbrunnen"

Pipette mit Hyaluronan

Zuckermolekül als chemischer Jungbrunnen

Menschen sind unweigerlich dem Altern ausgesetzt. Die Anti-Aging-Industrie glaubt den Wunsch nach ewiger Jugend mit einer Reihe mehr oder weniger glaubwürdiger Substanzen erfüllen zu können - während Molekularbiologen und Mediziner erst langsam die molekularen Mechanismen des Alterns verstehen.

ÖAW Young Science 26.11.2012

Eine wesentliche Rolle im Prozess des Alterns und biologischen Jungbleibens spielen Stammzellen. Sie können Schäden im Körper reparieren, Gewebe und Organe regenierieren und - wenn man so möchte - jung erhalten. Gesteuert wird der zelluläre Kampf gegen den Verfall von einer Vielzahl an körpereigenen Substanzen. Eine davon untersucht der Biologe Stephan Reitinger - und berichtet in einem Gastbeitrag von den neuesten Erkenntnissen des Forschungsgebietes.

Anti-aging für unsere Stammzellen

Von Stephan Reitinger

Zur Person:

Porträt Stephan Reitinger

privat

Stephan Reitinger, geboren 1976 in Oberösterreich, Studium der Biologie und Genetik an der Universität Salzburg, Dissertation am Institut für Biomedizinische Alternsforschung (IBA), der ÖAW in Innsbruck (DOC Stipendium der ÖAW), Postdoc an der University of British Columbia in Vancouver, Kanada (Erwin-Schrödinger Auslandsstipendium des FWF), Postdoc am IBA in Innsbruck (Marie Curie International Reintegration Grant der Europäischen Kommission, 7. Rahmenprogramm)

Stephan Reitinger forscht zur Rolle von Hyaluronan im Zusammenhang mit Zellteilung, -migration und -differenzierung und von Hyaluronan bildenden (Hyaluronan-Synthasen) und Hyaluronan abbauenden (Hyaluronidasen) Enzymen. Neben der enzymatischen Charakterisierung dieser Enzyme untersucht er mit Kolleginnen und Kollegen die Expression dieser Enzyme in adulten Stammzellen im Zusammenhang mit deren Stammzellpotential: Das Regenerationspotential von Mesenchymalen Stammzellen nimmt mit dem Alter ab und auch die Expression hyaluronanrelevanten Enzymen ändert sich mit dem Alter. Reitinger untersucht eventuelle Zusammenhänge.

In einer Postdoc-Position in Kanada forschte Reitinger an der Entwicklung von Hochdurchsatzmethoden für die Optimierung von rekombinanten Enzymen.
Für seine Forschungsarbeit im Bereich Hyaluronan wurde Reitinger 2011 von der American Society for Biochemistry and Molecular Biology mit dem Herbert Tabor Young Investigator Award
ausgezeichnet.

Wir alle unterliegen dem Alterungsprozess. Unsere Körper steuern dem durch ständige Erneuerung und Reparatur von einzelnen Zellen aber auch von ganzen Geweben gegen. Wesentlich dabei ist, dass diese Regeneration, ausgehend von adulten- Stammzellen, also solchen, die im erwachsenen Organismus vorkommen, abnimmt. Das bedeutet, auch unser uns innewohnender Jungbrunnen altert. Die körpereigene Produktion von Hyaluronan, einem Zuckermolekül in Bindegeweben, kann jedoch unsere Stammzellen unterstützen, auch im fortgeschrittenen Alter fit zu bleiben.

Hyaluronan und seine Wirkung im Körper

Hyaluronan ist eine Substanz, die in unseren Körpern natürlich vorkommt und vor allem in den Zwischenräumen unserer Körperzellen zu finden ist. Eine besondere Eigenschaft dieses Stoffes ist es, große Mengen an Wasser binden zu können. Diese Besonderheit kann in weiterer Folge zu einer Quelldehnung im Gewebe führen und erklärt im Wesentlichen die plastischen Eigenschaften von Hyaluronan.

Genau diese Wirksamkeit wird auch aktuell von den Produktherstellern vor allem im Anti-aging-Bereich und der Ästhetischen Chirurgie in vielen ihrer Anwendungen stark beworben. Die Wirkung ist zumeist jedoch nur kurzfristig, weil Hyaluronan vom Körper schnell abgebaut wird. Tatsache ist aber auch, dass die körpereigen Produktion von Hyaluronan mit dem Alter abnimmt. Diese Gegebenheit wirkt sich jedoch nicht nur oberflächlich, als die uns bekannten Falten in der Haut, aus, sondern auch in anderen Geweben, wo tagtäglich auf natürlichem Weg Regeneration vonstattengeht.

Pipette mit Hyaluronan

Institut für Biomedizinische Alternsforschung der ÖAW

Hyaluronan

Regeneration durch Stammzellen

Im erwachsenen Menschen finden wir in fast allen Geweben adulte Stammzellen. Diese sogenannten mesenchymalen Stammzellen, Vorläuferzellen des Bindegewebes, befinden sich in besonderen Bereichen, den sogenannten Stammzellnischen.

Dort verharren sie in einer Art Ruhezustand und werden nur bei entsprechendem Reiz, zum Beispiel einer Verletzung oder einer Entzündung, aus diesem ruhenden Zustand geweckt. Nach Aktivierung teilt sich die Stammzelle in zwei Zellen. Eine Zelle verbleibt als Stammzelle in der Nische, die andere Zelle dient als Vorläuferzelle und verlässt die Nische, um sich weiter zu teilen und aktiv am Regenerationsprozess mitzuwirken.

Sich teilende Stammzellen und der Mikroskop eingefärbt.

Institut für Biomedizinische Alternsforschung der ÖAW

Sich teilende Mesenchymale Stammzellen. Zellkerne in grün, Hyaluronan-bindendes Zelloberflächenprotein in rot

Hyaluronan als Bestandteil der Stammzellnische

ÖAW Young Science:

Der Text ist Teil des Projektes Young Science, im Zuge dessen Gastbeiträge von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften erscheinen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen Ö1/science.ORF.at und der Akademie der Wissenschaften.

In unserer Forschungsarbeit konzentrieren wir uns nicht nur auf die Stammzellen, sondern interessieren uns auch dafür, wie die Nische aufgebaut ist. Wir haben festgestellt, dass Stammzellen Proteine erzeugen, die es ihnen erlauben, bei der Gestaltung der Nische mitzuwirken. Eines dieser Enzyme ist die Hyaluronan-Synthase. Dieses Protein wird benötigt, um an der Zellmembran, also jener Hülle, die die Zelle umgibt, Hyaluronan aufzubauen und dieses anschließend an den Zellzwischenraum abzugeben. Hyaluronan ist damit ein zentraler Bestandteil der extrazellulären Matrix der Stammzellnische.Als extrazelluläre Matrix versteht man jenes Gewebe, das in den Zwischenräumen der Zellen liegt.

Hyaluronan wird besonders dann benötigt, wenn die Stammzelle aktiviert wird und beginnt, sich zu teilen. Ein erhöhter Anteil an Hyaluronan schafft durch die Möglichkeit, große Mengen an Wasser aufzunehmen, einen aufgequollenen, zellfreien Bereich, der Platz für die Zellteilung schafft. Fehlt Hyaluronan, erschwert sich nicht nur die Zellteilung, sondern auch die Mobilität der gebildeten Vorläuferzelle ist eingeschränkt. Diese muss durch den dichten Zellverband des Gewebes an jene Stelle gelangen, wo sie für die Reparatur des Gewebes benötigt wird. Für diese Wanderung bedienen sich Zellen unter anderem auch der Produktion von Hyaluronan, um sich Platz zwischen den Zellen zu schaffen.

Verjüngung durch Hyaluronan

Wir haben festgestellt, dass im fortgeschrittenen Alter Mesenchymale Stammzellen verminderte Mengen dieses Hyaluronan bildenden Enzyms herstellen. Dies lässt die Vermutung zu, dass somit auch weniger Hyaluronan in die Nische abgeben wird, was folglich die Zellteilung und Zellmobilität eingeschränkt.

Könnte man nun erreichen, auch im Alter die Produktion von Hyaluronan in den beschriebenen Abläufen hoch zu halten, würde das den Stammzellen helfen, jung und fit zu bleiben und folglich wesentlich dazu beitragen, dass wir gesund altern. Das Ziel unserer Forschung ist es daher, diese altersbedingten Veränderungen in den Stammzellen besser zu verstehen, um mit diesen Erkenntnissen eines Tages die biologische Uhr unserer Stammzellen verlangsamen oder vielleicht sogar zurückdrehen zu können.

Mehr zum Thema: