Hämatopoetische Stammzellen reagieren auf Infektionen

Blutbildende Stammzellen besitzen Rezeptoren, um selbst Infekte zu erkennen

Für die Abwehr von Krankheitserregern ist das Immunsystem mit seinen drei Stufen – der allgemeinen Abwehr (passiven Resistenz), der zellulären Abwehr (aktive Resistenz) sowie der humoralen Antwort (Schlüssel-Schloss-Prinzip) – zuständig. Um schwere Infektionen erfolgreich bekämpfen zu können, muss der Körper die Produktion von Leukozyten, also weißen Blutkörperchen, erhöhen. Dafür verantwortlich sind die hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark. Diese Blutstammzellen sind für die komplette Blutbildung, also Hämatopoese, zuständig. Bei der Blutbildung werden auch die Immunzellen des Immunsystems gebildet. Bislang wussten Wissenschaftler nicht, wie der Körper die Produktion der Zellen auf den benötigten Bedarf abstimmt. Diesem Mechanismus waren nun Forscher des Universitätsspitals Zürich auf der Spur. Sie erforschten die Übersetzung der Infektionssignale in die Signale für die Hämatopoese.

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Blutbildende Stammzellen können aktiv über bestimmte Rezeptoren Eindringlinge erkennen. Die feinen „Antennen“ reagieren auf Lipopolysaccharide, die nur bei Krankheitserregern vorkommen. So kann bei der Hämatopoese die vermehrte Produktion von Immunzellen starten und der Infekt abgewehrt werden.

 

Long-term Stammzellen warten nicht auf Botenstoffe

Bekannt war bereits, dass bei der Infektabwehr die Zellen der Gefäßwände eine wichtige Rolle spielen. Sie produzieren Wachstumsfaktoren und kurbeln damit letztlich die Blutbildung an. Der Studie aus Zürich gelang jetzt der Nachweis, dass die hämatopoetischen Stammzellen selbst bakterielle Infekte erkennen und darauf reagieren können. Sie besitzen Rezeptoren, die Infektionen wahrnehmen. So erfolgt die Aktivierung von ruhenden Stammzellen, den sogenannten long-term Stammzellen. Wird eine Infektion erkannt, beginnen sie sich zu teilen und auszudifferenzieren. Die vermehrte Produktion von Abwehrzellen startet. Die These, dass Blutstammzellen passiv in ihrer von Umweltsignalen abgeriegelten Stammzellnische Knochenmark auf eine Aktivierung vom Immunsystem warten, ist damit vom Tisch.

In ihrer Veröffentlichung im Fachmagazin „Cell Stem Cell“ berichten die Schweizer Forscher von der Entdeckung der Stammzellen-Rezeptoren, die man sich als eine Art Fühler vorstellen muss. Es handelt sich dabei um Antennen, die auf Strukturen reagieren, die nur bei Krankheitserregern vorkommen. So erkennen die TLR4 genannten Rezeptoren auf den Stammzellen Lipopolysaccharide. Im Versuch an Mäusen erhielten die kleinen Nager genau diese Lipopolysaccharide. Es zeigte sich, dass die bis dato ruhenden Blutstammzellen erwachten und mit der Teilung begannen.

 

Häufige Aktivierung lässt Risiko für Schäden steigen

Das jetzt entdeckte aktive Wahrnehmungssystem der Stammzellen hat sich evolutionär als vorteilhaft erwiesen, auch wenn es mit Risiken behaftet ist. Jede Aktivierung und damit Teilung von long-term-Stammzellen ist mit der Gefahr verbunden, dass es zu Schäden an der Stammzelle kommt. Die aktive Reaktion auf Infekte kann beispielsweise zu Mutationen führen, die sich letztlich negativ auf die eigene Regenerationsfähigkeit der Stammzelle auswirken. Die Fitness der Stammzelle für die weitere Blutbildung nimmt kontinuierlich ab.

Dieser Mechanismus könnte auch erklären, warum chronische Entzündungen oder Infekte dazu führen, dass im Alter Blutbildungsstörungen wie Leukämien oder Anämien vermehrt auftreten. Dennoch macht das Vorgehen aus evolutionsbiologischer Sicht Sinn: Wenn der Körper mit einer starken Reaktion auf die Infektion überleben kann, dann ist er bereit, den Preis dafür – nämlich den späteren Schaden – zu zahlen. Die Medizin der Zukunft möchte die Schäden durch präventive Maßnahmen verhindern und so die Risiken für Blutbildungsstörungen im Alter senken. Gesunde hämatopoetische Stammzellen, die für ein voll-funktionsfähiges Immunsystem und eine ordnungsgemäße Hämatopoese sorgen, sind das erklärte Ziel der Wissenschaft.

 

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