Hautzellen in der Petrischale (grün: Zellskelett, rot: Zell-Zell-Verbindungsprotein).

 

Der lebenslange Erneuerungsprozess der menschlichen Haut wird durch eine entsprechende Dichte in der Umgebung der Stammzellen in der untersten Schicht der Haut gesteuert, welche das unterschiedliche Verhalten der Stammzellen und die Entstehung neuer Zellen kontrolliert. Dies geschieht durch die sogenannte Differenzierung, bei der die Stammzellen von unten nach oben wandern und sich dabei in spezialisierte Zellen verwandeln.

Die Beobachtung dieses Erneuerungsprozesses, die den Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns in Köln gelungen ist, offenbart das Selbsterhaltungssystem der menschlichen Haut durch sehr einfache Prinzipien der Selbstorganisation. Während der „Wanderung“ verändern die Zellen laufend ihre Eigenschaften. Das natürliche Gleichgewicht zwischen differenzierten Zellen und Stammzellen das dabei gehalten werden muss, sichert die Struktur und Schutzfunktion der Haut. Der Druck in der gesamten Stammzellenschicht,  welche durch die ständige Teilung derselben verursacht wird, sichert auch, dass sich die Zellen innerhalb des Gewebes bewegen und dass jeder Zelltyp die richtige Position einnimmt. Denn das komplexe Verhalten unserer Haut erfordert, dass jede Hautzelle ihre besondere Aufgabe hat. Das komplizierte System des Gleichgewichts führte die Wissenschaftler zu der Frage , woher die Hautzellen wissen können, wo sie sich gerade befinden und was sie zu tun haben. Die Untersuchung von embryonalem Mäusegewebe und kultivierten Stammzellen führte die Forscher dann zur Erkenntnis, dass die Differenzierung durch Zusammendrängung und Verformung der Zellen angetrieben wird. Die zusammengedrängten Zellen entkommen dem lokalen Druck dadurch, in dem sie in die höher liegenden Schichten flüchten. „Wir haben beobachtet, dass Stammzellen während der Teilung die Zellen in ihrer Umgebung deformieren und die gesamte Stammzellschicht zusammendrängen. Interessanterweise führt diese Verdichtung und Verformung zu einer Differenzierung der benachbarten Zelle“, so Yekaterina Miroshnikova. Sie ist Erstautorin der Studie und Postdoktorandin in der Forschungsgruppe von Sara Wickström am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns. Eine Zelle nehme also genau wahr, was bei ihren Nachbarn vor sich geht, und mache dann genau das Gegenteil davon, so Miroshnikova weiter. In Zukunft soll sich die Forschung darauf konzentrieren, welchen Einfluss genetische Mutationen während der Teilung und Differenzierung der Stammzellen bei der Krebsentstehung haben.

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