Stammzellnische des Dickdarms entdeckt

Ohne die GLI1-positiven Zellen funktioniert die Produktion von 10 Milliarden Zellen pro Tag nicht

Forscher der Universität Zürich haben die Stammzellnische des Dickdarms gefunden und genauer untersucht. Die Stammzellen des Dickdarmepithels werden von speziellen Zellen in der Nische aktiviert. Erst dann können sie beständig die Darmschleimhaut erneuern. Ohne das Aktivierungssignal ginge das Epithel zugrunde. Wird das Aktivierungssignal von den Stammzellen jedoch immer empfangen, so bilden sich Krebsvorstufen. Das neue Wissen trägt zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Darmkrebs und Darmentzündungen bei.

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Kommt der Darm aus dem Gleichgewicht, können viele Krankheiten entstehen. Eine wichtige Funktion übernimmt die Darmschleimhaut. Wie sie sich regeneriert, fanden nun Schweizer Forscher heraus. Wichtig ist hier das Zusammenspiel in der Stammzellnische des Darms. Dabei müssen Stammzellen und GLI1-positive Zellen perfekt abgestimmt miteinander interagieren.

 

 

Der Darm – unser Verdauungsorgan – würde ohne Darmschleimhaut nicht funktionieren

Im menschlichen Darm geht es bekanntlich hoch her. Da der Rest des Körpers vor dem aggressiven Darminhalt geschützt werden muss, gibt es die Darmschleimhaut. Sie erneuert sich in kurzen Intervallen. Allein der Dickdarm produziert pro Tag zehn Milliarden neue Zellen und dabei handelt es sich lediglich um das letzte 1,5 Meter lange Teilstück des Verdauungstraktes. Bei einem Erwachsenen hat der Darm eine Gesamtlänge von 5,5 bis 7,5 Metern. Die gesamte Oberfläche des Darms mit allen Darmzotten wird auf über 32 m² geschätzt.

Die zehn Milliarden neuen Zellen sind der Nachschub für das Darmepithel des Dickdarms – jene oberste Zellschicht der Darmschleimhaut. Das Gewebe kleidet den Dickdarm aus und sorgt so dafür, dass zwar Nährstoffe in den Blutkreislauf übertreten können, jedoch keine Darmbakterien.

Der Regenerationsprozess wird von Stammzellen übernommen. Das ist die übliche Aufgabe von Stammzellen: Teilung und Ausdifferenzierung. Die Stammzellen des Dickdarms befinden sich in den sogenannten Krypten. Dabei handelt es sich um kleine Einstülpungen des Epithels. Die Stammzellen stehen in engem Kontakt mit anderen Zellen. Diese Zellen geben Signalstoffe ab und regulieren so die Stammzellaktivität. Um ihre Eigenschaften als Stammzellen aufrecht erhalten zu können, müssen die Stammzellen das sogenannte Wnt-Signal empfangen.

 

Ohne Aktivierungssignal an die Stammzellen stirbt das Epithel

Nun entdeckten die Wissenschaftler am Institut für Molekulare Biologie an der Universität Zürich erstmals genau jene Zellen, die das so wichtige Wnt-Signal an die Stammzellen senden. Es handelt sich dabei um die sogenannten GLI1-positiven Zellen. Sie umgeben die Stammzellen in den Einstülpungen und bilden damit die Stammzellnische. Die Schweizer Forscher konnten anhand von Studien an Mäusen eindrucksvoll belegen, dass ohne die GLI1-positiven Zellen nichts geht: Fehlt das Signal werden keine neuen Darmepithelzellen gebildet und die Darmschleimhaut nicht repariert.

Bei den Mäusen hatten die Forscher die GLI1-positiven Zellen entfernt. Es fehlte damit das Aktivierungssignal. Die Stammzellen des Dickdarms verloren ihre Stammzelleigenschaften und in Folge dessen ging das ganze Epithel zugrunde. Ohne funktionierende Darmschleimhaut stirbt jedoch auch der komplette Organismus.

 

 

Beständige Aktivierung des Wnt-Signalweges führt auch zu Problemen

Der Aufbau und Abbau des Dickdarmepithels ist sehr fein reguliert und perfekt ausbalanciert. Wird zu wenig neu aufgebaut, droht der Tod. Werden die Stammzellen jedoch ständig zur Vermehrung aufgefordert, kann sich Darmkrebs entwickeln. Auch er verläuft oft tödlich.

Die Überstimulation des Wnt-Signalweges führt nämlich zu einer unkontrollierten Teilung der Stammzellen, die sich dann allerdings nicht mehr zu Epithelzellen weiterentwickeln. Bei den Mäusen, bei denen der Wnt-Signalweg Mutationen in diese Richtung aufwies, wuchsen zunächst Polypen. Aus diesen Darmkrebs-Vorstufen entwickelte sich im Laufe der Zeit Darmkrebs.

 

Entzündeter Dickdarm sorgt für Zunahme der GLI1-positiven Zellen

Die Wissenschaftler der UZH untersuchten auch das Verhalten der Zellen in der Stammzellnische bei einer Darmentzündung. Dabei sterben bei kranken Tieren überdurchschnittlich viele Epithelzellen ab – vielmehr als bei gesunden Zellen. Der Bedarf an neuen Zellen wächst beträchtlich, da eben nicht nur das Gewebe „normal erhalten“ werden muss, sondern auch eine Reparatur erforderlich ist.

Die GLI1-positiven Zellen reagierten auf den entzündeten Dickdarm. Bei den erkrankten Mäusen konnte eine signifikante Zunahme der GLI1-positiven Zellen beobachtet werden. Die entdeckte Stammzellnische des Dickdarms spielt also nicht nur für den gesunden Organismus eine wichtige Rolle. Sie ist auch wesentlich bei der Regeneration von defektem Dickdarmepithel. Mit Hilfe der neuen Kenntnisse können sich für eine Reihe von häufigen Darmerkrankungen neue Behandlungsansätze ergeben. Damit wird die Therapie von Darmentzündungen und Darmkrebs deutlich effektiver.

 

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