Gen-Partner und die Regeneration des Rückenmarks

Wissenschaftler in verschiedenen Ländern beschäftigen sich schon lange mit den regenerativen Fähigkeiten des südamerikanischen Schwanzlurchs Axolotl. Nun scheinen sie der Erklärung, warum einige Wirbeltiere ihre Rückenmarkstränge regenerieren können, einen Schritt näher gekommen zu sein.

Bei den meisten Wirbeltieren, wie auch dem Menschen, bildet sich nach einer Rückenmarksverletzung im Rückenmark Narbengewebe, das eine Regeneration verhindert und zu lebenslangen Schäden führt. Es gibt aber auch Wirbeltiere, die erstaunliche regenerative Fähigkeiten haben, wie der Axolotl, ein Querzahnmolch aus der Familie der Schwanzlurche, der abgetrennte Gliedmaßen vollständig und funktionsfähig wachsen lassen kann und Läsionen im Rückenmark vollständig regenerieren kann. Wiedererlangt wird dabei sowohl die motorische als auch die sensorische Kontrolle.

Nun haben Forscher des US-amerikanischen Marine Biological Laboratory (MBL) in einer neuen Studie im Axolotl die Gen- „Partner“ identifiziert, die bei Aktivierung den Neuralrohr und die dazugehörigen Nervenfasern nach schweren Rückenmarksschäden funktionell regenerieren lassen. Interessanterweise sind diese Gene auch beim Menschen vorhanden, werden aber auf andere Weise aktiviert.

„Axolotl sind die Champions der Regeneration“, sagt Karen Echeverri, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Eugene Bell Center for Regenerative Biology and Tissue Engineering. „Wir wollten verstehen, was auf molekularer Ebene anders ist, was sie zu dieser pro-regenerativen Reaktion antreibt, anstatt Narbengewebe zu bilden.“

Überhaupt sind Axolotls recht eigentümliche Tiere. So wird er eigentlich nie richtig „erwachsen“ sondern bleibt in einem Larvenzustand. Trotzdem wird er geschlechtsreif und kann sich fortpflanzen. Grund für die fehlende, bei Lurchen sonst übliche Metamorphose zum Salamander ist eine hormonelle Störung aufgrund einer Unterfunktion der Schilddrüse. Wenn dem wasserbewohnenden Axolotl aber das Hormon Thyroxin verabreicht wird, verwandelt er sich in ein Landlebewesen, verliert Kiemenäste und Larvenhaut und sieht schließlich eher aus wie ein Tigersalamander.

Die Gen-Paare des Axolotl

Die Untersuchungen MBL-Teams haben gezeigt, dass sowohl bei Axolotlen als auch beim Menschen das c-Fos-Gen in den Gliazellen des Nervensystems nach einer Rückenmarksverletzung hochreguliert wird. Sie wusste auch, dass c-Fos nicht allein handeln kann. „Das c-Fos-Gen ist etwas, das wir ein obligates Heterodimer nennen: Es muss es einen Partner im Leben haben“, sagt Echeverri. „Bei Axolotl ist dieser Partner ein anderer als beim Menschen. Und diese Paarung scheint eine ganz andere Reaktion auf Verletzungen zu bewirken.“

Bei der Reaktion auf Verletzungen beim Menschen ist c-Fos mit dem Gen c-Jun gepaart. In Axolotlen haben Echeverri und ihr Team festgestellt, dass c-Fos mit dem Gen JunB aktiviert ist. Dieser Unterschied in der Genaktivierung wurde auf die Wirkung von microRNAs zurückgeführt, die die Genexpression regulieren.

c-Fos + c-Jun = keine Regeneration des Rückenmarks. Auch nicht beim Axolotl

Durch die Modifikation der Genexpression durch die microRNA des Axolotls konnten sie die menschliche Paarung von c-Fos mit c-Jun erzwingen. Die Salamander mit den menschlichen Paarungen konnten nach einer Verletzung kein funktionierendes Rückenmark wiedererlangen, sondern bildeten das Narbengewebe, das bei der Reparatur von Verletzungen auftritt. Mit dieser Paarung wurde jetzt also erreicht, dass der Axolotl im Versuch genauso schlecht dran ist wie andere Wirbeltiere. Folgende Studien sollen nun untersuchen, ob auch das Gegenteil (in menschlichen Zellen) der Fall sein kann.

„Es scheint nicht so, dass Axolotl regenerationsspezifische Gene haben“, sagt Echeverri. „Es geht mehr darum, welche Gene beim Umgang mit Verletzungen zusammenarbeiten und ob dies zu einer Regeneration oder zur Bildung von Narbengewebe führt. Es ist wie im Leben: Mit wem man zusammenarbeitet, kann einen wirklich positiven oder negativen Effekt auf das Arbeitsergebnis haben.“

Behandlungspotential

Das Verständnis um die Rückenmarkregeneration beim Axolotl und die Unterschiede – und interessanter noch, die Ähnlichkeiten mit dem Regenerationsprozess beim Menschen – könnten Forschern und schließlich Ärzten helfen, die Behandlung von Rückenmarksverletzungen und neurodegenerativer Erkrankungen entscheidend zu verbessern.

Inwieweit und wann diese neuen Erkenntnisse für die Rehabilitation beim Menschen relevante sein können, ist derzeit allerdings noch offen.

Die Studie des MBL wurde im März 2019 in der englischsprachigen Fachzeitschrift Nature Communications Biology veröffentlicht.

 

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