Molekylär tidssignal styr stamceller under hjärnans utveckling
Forskare vid Karolinska Institutet har lyckats förklara vad det är som gör att stamceller i hjärnan kan förändras så att samma typ av stamcell producerar olika celltyper vid olika tidpunkter. I en studie som publiceras i tidskriften Neuron visar forskarna att en signalmolekyl kallad TGF-beta fungerar som en tidssignal som reglerar nervstamcellernas potential i olika skeden av hjärnans utmognad – en kunskap som kan vara av betydelse för framtida läkemedelsutveckling.
Den mänskliga hjärnan består av tusentals olika typer av nervceller, som alla bildas ur vad som förenklat kan kallas omogna stamceller. Man vet sedan länge att nervstamcellerna förändras i takt med att hjärnan utvecklas och åldras. Samma typ av stamcell kan producera olika typer av nervceller vid olika tidpunkter av hjärnans utveckling. I denna process blir åldrande stamceller även gradvis mer begränsade i sin utvecklingspotential och tappar förmågan att utveckla utmognade celltyper som bildats under tidiga stadier.
Hur denna stamcellsidentitet och potential regleras över tid har hittills varit i det närmaste okänt. Men i den nu publicerade studien presenterar alltså forskare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Karolinska Institutet en molekylär tidsmekanism som kan förklara den neuronala stamcellsregleringen och därmed uppkomsten av cellulär mångfald i hjärnan.
– TGF-beta fungerar som en viktig tidssignal som styr när en stamcell ska sluta producera en viss typ av nervcell och istället börja göra en annan, samtidigt som TGF-beta gradvis begränsar stamcellens framtida utvecklingskapacitet, säger Johan Ericson, professor i utvecklingsbiologi, som lett studien.
I sitt arbete visar forskarna också att TGF-beta kan användas i stamcellskulturer för att massframställa nervceller som i sin tur producerar signalsubstansen serotonin. Redan idag är hjärnans serotoninsystem ett känt mål vid behandling av depression, och tidssignaler bör därför enligt forskarna kunna användas för stamcellsbaserad läkemedelsutveckling.
– Det här är den första kända signalmolekyl som reglerar neuronala stamcellers potential över tid. Med en ökad förståelse om hur potential regleras borde man på sikt kunna bredda åldrande stamcellers utvecklingskapacitet så att de återfår förmågan att producera celltyper från tidigare utvecklingsstadier, vilket i ett långt perspektiv kan vara av intresse för framtida behandlingsmetoder av neurodegenerativa sjukdomar, säger Johan Ericson.
Forskningen har finansierats genom anslag från bland annat Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Vetenskapsrådet, Cancerfonden och Hjärnfonden.
Publikation: “Tgfß signaling regulates temporal neurogenesis and potency of neural stem cells in the CNS”, José M. Dias, Zhanna Alekseenko, Joanna M. Applequist and Johan Ericson, Neuron online 13 November 2014.
