Lungenstammzellen besitzen einen verborgenen Selbstreparaturschalter, den sie nach Verletzungen aktivieren
Nach einer Schädigung produzieren Lungenstammzellen ihr eigenes molekulares Signal, das ihnen sagt, wann sie mit der Regeneration beginnen sollen. Der neu entdeckte Regelkreis war bislang unbekannt – und könnte für Erkrankungen wie die Lungenfibrose von erheblicher Bedeutung sein.
Die Lunge gehört zu den am schwersten zu reparierenden Organen des menschlichen Körpers. Anders als Leber oder Haut, die geschädigtes Gewebe vergleichsweise rasch wiederherstellen können, reagiert die Lunge auf Verletzungen langsam und unzuverlässig. Bei Erkrankungen wie der idiopathischen Lungenfibrose, bei der gesundes Lungengewebe nach und nach durch Narbengewebe ersetzt wird, versagt diese Reparaturkapazität nahezu vollständig. Wirksame Behandlungsmöglichkeiten sind bis heute rar.
Eine neue, in Science veröffentlichte Studie beschreibt einen unerwarteten Mechanismus, über den Lungenstammzellen ihre eigene Aktivität steuern. Forschende stellten fest, dass eine bestimmte Art von Lungenstammzellen, sogenannte basale Stammzellen, nach einer Schädigung einen Komplex aus dem Protein IGF (Insulin-like Growth Factor) und einem dazugehörigen Bindungsprotein produzieren. Dieser Komplex wirkt als autokrines Signal: Die Zelle stellt es her und reagiert zugleich selbst darauf. Das Signal teilt der Stammzelle mit, wann es Zeit ist, sich zu teilen und neues Gewebe zu bilden.
Autokrinie: wenn die Zelle sich selbst Befehle erteilt
Autokrine Signalübertragung, bei der eine Zelle ein Molekül ausschüttet, das auf sie selbst zurückwirkt, war in anderen biologischen Zusammenhängen bereits bekannt – dieser spezifische Mechanismus in Lungenstammzellen war jedoch bislang nicht beschrieben worden. Was ihn besonders macht, ist die Kombination: Nicht das IGF-Protein allein, sondern der vollständige Komplex mit seinem Bindungsprotein erweist sich als entscheidender Aktivator. Das Bindungsprotein bestimmt, wo, wann und wie lange das IGF-Signal aktiv bleibt – ein Detail, das biologisch alles andere als trivial ist.
Im gesunden Lungengewebe erzeugt dieser Regelkreis eine kontrollierte Reaktion auf Schäden. Bei Fibrose und anderen Lungenerkrankungen scheint er zu versagen: entweder indem er zu wenig aktiv ist und die Reparatur ins Stocken gerät, oder indem er überaktiv wird und zu übermäßigem Zellwachstum beiträgt. Die Studie liefert noch kein vollständiges Bild davon, wie dieser Prozess gestört wird, benennt aber ein konkretes molekulares Angriffsziel für künftige Untersuchungen.
Von der Mauslunge zur Behandlung beim Menschen
Die Ergebnisse stützen sich in erster Linie auf Mausmodelle und menschliche Zellkulturen. Der Weg bis zu klinisch einsetzbaren Therapien ist weit. Doch die zugrunde liegende Biologie ist plausibel: Das IGF-System ist beim Menschen gut erforscht, auch wenn seine gewebespezifischen Effekte komplex und mitunter widersprüchlich sind.
Für die Alternsforschung ist das von Belang, weil die Lungenfunktion zu den stärksten Prädiktoren der Lebenserwartung zählt. Die maximale Lungenkapazität beginnt bereits ab etwa dem dreißigsten Lebensjahr allmählich abzunehmen. Ob dieser autokrine Stammzell-Regelkreis bei diesem langfristigen Rückgang eine Rolle spielt und ob er sich gezielt beeinflussen lässt, um die Lungenfunktion länger zu erhalten, ist eine Frage, für deren Beantwortung der Forschung nun die nötigen Werkzeuge zur Verfügung stehen.