Stammzellbiologie des Alters

Forschungsthemen

Der Skelettmuskel erfüllt im Organismus vielfältige Aufgaben und weist dabei eine erstaunliche Fähigkeit zur Adaption und Regeneration auf. Für die Regeneration des Skelettmuskels sind die Muskelstammzellen – auch als Satellitenzellen bezeichnet – essenziell. Mit dem Alter nimmt allerdings nicht nur ihre Anzahl, sondern auch ihre Funktionalität stark ab. Dies ist zum einen durch intrinsische Veränderungen in den Muskelstammzellen aber auch durch Veränderungen in der Muskelstammzellnische
sowie systemische Faktoren bedingt. Das Zusammenspiel dieser verschiedenen Veränderungen, die mit zunehmendem Alter auftreten, führt dazu, dass sich der Skelettmuskel mit steigendem Alter immer schlechter regenerieren kann. Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich sowohl mit den intrinsischen Unterschieden zwischen alten und jungen Muskelstammzellen als auch mit denen, die auf die
Veränderungen in der Stammzellnische zurückgehen. Die Forschenden untersuchen Signalwege, die in alten Muskelstammzellen verändert sind, und sie suchen nach Wegen, den gealterten Muskel durch Eingriff in diese Signalwege, wieder zu „verjüngen“. Hierbei fokussieren sie sich auf die Frage, wie sich die intrinsischen Unterschiede in Muskelstammzellen und die Veränderungen in der Muskelstammzellnische wechselseitig bedingen. Ferner untersucht die Arbeitsgruppe Veränderungen in Muskelstammzellen und deren Nische bei Erkrankungen wie Kachexie oder veränderter Innervierung, deren Auftreten mit zunehmenden Alter wahrscheinlicher werden.

Methoden

Um die Funktion der Muskelstammzellen besser zu verstehen, werden zum einen Muskelstammzellen aus adulten, alten und geriatrischen Mäusen isoliert und auf Veränderungen untersucht. Zur funktionellen Analyse der Muskelstammzellfunktion werden unter anderem folgende Methoden angewendet:

1. In isolierten und kultivierten Muskelfasern bildet sich aus einer Muskelstammzelle
   innerhalb von 72 Stunden ein Cluster, welches unterschiedliche Muskelstammzellpopulationen enthält. Die an diesem Prozess beteiligten Signalwege können in diesem Experimentalsystem unabhängig von anderen Zellen aber assoziiert mit der Muskelfaser sehr gut untersucht werden.
2. Die Skelettmuskeln adulter, alter oder geriatrischer Mäuse werden durch Injektion des
   Schlangengifts Cardiotoxin geschädigt und der gesamte Regenerationsprozess kann
   analysiert werden.

Ausgewählte Publikationen

Schmidt M, Weidemann A, Poser C, Bigot A, von Maltzahn J. (2021) Stimulation of non-canonical NF-κB through lymphotoxin-β-receptor impairs myogenic differentiation and regeneration of skeletal muscle.Externer Link Front Cell Dev Biol, 9:721543

Schüler SC, Kirkpatrick JM*, Schmidt M*, Santinha D, Koch P, Di Sanzo S, Cirri E, Hemberg M, Ori A, von Maltzahn J#. (2021) Extensive remodeling of the extracellular matrix during aging contributes to age-dependent impairments of muscle stem cell functionality.Externer Link Cell Rep, 35(10):109223 (* equal contribution, # cosenior authors)

Schmidt M, Poser C, von Maltzahn J. (2020) Wnt7a counteracts cancer cachexia.Externer Link Mol Ther Oncolytics, 16:134-146

Ahrens HE*, Huettemeister J*, Schmidt M, Kaether C, von Maltzahn J. (2018) Klotho expression is a prerequisite for proper muscle stem cell function and regeneration of skeletal muscle.Externer Link Skelet Muscle, 8(1):20

Schwoerer S, Becker F, Feller C, Koeber U, Henze H, Baig A, Kaus JM, Xin B, Lechel A, Lipka DB, Schmidt M, Rohs R, Aebersold R, Medina KL, Kestler HA, Neri F, von Maltzahn J*, Tuempel S*, Rudolph KL*. (2016) Epigenetic stress responses induce muscle stem-cell ageing by Hoxa9 developmental signals.Externer Link Nature, 540(7633):428-432

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