Die Nervenregenerationsfähigkeit von Kaulquappen soll Anhaltspunkte für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen liefern

Forscher der Nagoya Universität in Japan haben ein Gen identifiziert, das eine entscheidende Rolle bei der Regeneration von Neuronen der Kaulquappe des Afrikanischen Krallenfrosches spielt, der eine ungewöhnlich hohe Kapazität zur Nervenregeneration besitzt.

Die Studie zeigte, dass die Einführung des Gens in Mäuse mit Rückenmarksverletzungen zu einer teilweisen Wiederherstellung ihrer verlorenen motorischen Funktionen führte. Diese Erkenntnisse könnten zur Entwicklung einer neuen Therapie bei Querschnittlähmung beitragen.

Die Regenerationsfähigkeit bei Rückenmarksverletzung

Die Reparatur von Rückenmarksverletzungen bei Menschen und anderen Säugetieren ist schwierig, zum Teil wegen ihrer begrenzten Fähigkeit, Nervengewebe im Rückenmark zu reparieren bzw. zu regenerieren. Im Gegensatz dazu gibt es Tiere mit einer hohen Fähigkeit zur Nervenregeneration, wie zum Beispiel den afrikanischen Krallenfrosch. „Als Kaulquappe ist er vollständig in der Lage, sich nach einer Rückenmarksverletzung funktionell zu erholen“, so eine chilenische Studie aus dem Jahr 2014.

Darauf aufbauend analysierte das Team umfassend die Genexpressionsprofile von Kaulquappen als Reaktion auf eine Rückenmarksverletzung und fand heraus, dass ein Gen namens Neurod4 vorwiegend während der Nervenregeneration freigesetzt wurde. Das Team stellte daher die Hypothese auf, dass dieses Gen ein Schlüsselfaktor bei der Regeneration von neuralem Gewebe nach einer Verletzung ist.

In dieser Studie konzentrierte sich das Team auch auf die Tatsache, dass bei Säugetieren neurale Stammzellen (selbsterneuernde Zellen), die aus den ependymalen (den zentralen Kanal des Rückenmarks auskleidende) Zellen stammen, aktiviert werden und sich im frühen Stadium der Querschnittlähmung vermehren, obwohl sich diese Arten von neuralen Stammzellen in Astrozyten verwandeln – eine Art von Zelle, die starre gliale Narben bildet.

„Vor diesem Hintergrund, gehen wir davon aus, dass die Einführung von Neurod4 in aktivierte neurale Stammzellen bei der Regeneration von Neuronen helfen könnte“, sagt Studienautor Dr. Atsushi Natsume von der Nagoya Universität.

Neurod4-Gen aktiviert neurale Stammzellen

Zu diesem Zweck führte das Team Experimente durch, bei denen das Neurod4-Gen in aktivierte neurale Stammzellen von Mäusen eingebracht wurde, denen eine Rückenmarksverletzung zugefügt worden war. Die Forscher beobachteten, dass die neuralen Stammzellen erfolgreich in Neuronen umgewandelt wurden und dass die Mäuse gelegentlich die gelähmten Hinterbeine bewegten. Natsume erklärt: „Neurod4, das in aktivierte neurale Stammzellen eingebracht wurde, erleichtert die Produktion von Relais-Neuronen und motorischen Neuronen der Hinterbeine. Als Sekundäreffekt wurde die gliale Narbenbildung unterdrückt. Dieser Effekt schafft eine Umgebung, die es den Axonen ermöglichte, sich über die Verletzungsstelle hinaus auszusprießen und Synapsen zu bilden, wodurch die motorische Funktion der Hinterbeine verbessert wurde.“

„Unsere Methode besteht darin, ein neuroregeneratives Gen direkt in neurale Stammzellen einzuführen, die bereits im Rückenmark vorhanden sind“, so Natsume weiter. „Dies könnte die Probleme der Abstoßung und Tumorbildung verringern, die bei herkömmlichen Stammzelltransplantationsmethoden häufig auftreten. Wir glauben, dass diese Studie zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze bei Rückenmarksverletzungen beitragen wird.“

Die Studie „Neurod4 converts endogenous neural stem cells to neurons with synaptic formation after spinal cord injury“ wurde am 20. Januar 2021 in der Zeitschrift iScience veröffentlicht.


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