Physiologie : Überraschende Befehle an das Knochenmark

Genug Blutstammzellen zu haben ist überlebenswichtig. Entscheidende Signale dafür kommen von einem Organ, das eigentlich ganz andere Funktionen hat.

Bis ins Mark: Stammzellen des blutbildenden Systems im roten Knochenmark (blau angefärbt) sind abhängig von Signalen aus der Leber.
Bis ins Mark: Stammzellen des blutbildenden Systems im roten Knochenmark (blau angefärbt) sind abhängig von Signalen aus der...Foto: Daniel Link, Washington University School of Medicine

Dass im Körper alles mit allem zusammenhängt, ist eine Binsenweisheit. Dass Forschung oft nur möglich ist, wenn man sich auf einzelne Organe, Gewebe, Zellen konzentriert, ist aber auch eine Tatsache. Konsequenz ist eine immer stärkere Spezialisierung in Biologie und Medizin. Allerdings bekommt ein Feld, das sich „Systembiologie“ nennt, immer mehr Zulauf. Hier soll explizit erforscht und modelliert werden, wie alles mit allem zusammenhängt. In der Medizin spricht man dann von „ganzheitlich“, obwohl der Begriff etwas esoterisch angehaucht ist. Die Zusammenhänge, die sich auftun, erstaunen Wissenschaftler immer wieder. Nicht anders ging es Lei Ding, Matthew Decker und ihren Kollegen bei ihrer jüngsten Entdeckung, veröffentlicht im Fachblatt „Science“.

Das Wissen der Leber

Die Immunologen von der Columbia University in New York haben bei Versuchen mit Mäusen eine lebenswichtige Signalachse zwischen zwei Organen gefunden: Ein Molekül aus der Leber ist dafür verantwortlich, dass im Knochenmark die Produktion von Blutstammzellen funktioniert. Bisher war man davon ausgegangen, dass das Knochenmark sich auf der ebene der Stammzellen komplett selbst reguliert. „Es war ein überraschender Fund für uns“, sagt Ding, „Aber rückschauend ergibt das sehr viel Sinn.“ Die Leber sei das wichtigste Stoffwechselorgan überhaupt, sie sei „prädestiniert, die besten Informationen über den Zustand des Organismus insgesamt zu haben“. Diese Informationen nutzt sie in diesem Falle offenbar, um einem anderen Organ mitzuteilen, wie viele Stammzellen es braucht.

Das Signalmolekül, um das es geht, heißt Thrombopoetin (TPO). Es ist der wichtigste Faktor für die Bildung von Blutplättchen, einen späten Schritt der Blutbildung. Er erfolgt lange nachdem sie sich aus den ursprünglichen Stammzellen in spezielle Zelllinien weiterentwickelt haben. Seit mehr als 20 Jahren ist das bekannt. Der an der Universität Würzburg arbeitende Biologe Harald Schulze erforscht TPO schon fast ebenso lange. Dass es nicht nur im Knochenmark, sondern auch in Leber und Knochen gebildet wird, war von Anfang an klar. „Das meiste TPO wird aber in der Leber gemacht“, sagt Schulze. Und Erythropoetin für die Bildung roter Blutkörperchen – „auch bekannt, weil es für das Blutdoping benutzt wird“ – werde vor allem in der Niere produziert. Dass es solche Signale aus anderen Organen gebe, sei also lange bekannt. Neu ist aber, dass der sogenannte Stammzell-Pool von solchen Befehlen aus der Ferne abhängig ist.

Signal weg, Stammzellen weg

Die Forscher aus New York blockierten bei Mäusen in der Leber die Bildung von TPO. Daraufhin nahm die Menge der Blutstammzellen, die Vorläufer des gesamten Arsenals von Blutzellen sind, um das 24-Fache ab. Die gleiche Hemmung von TPO in Knochenzellen oder im Knochenmark hatte kaum eine Auswirkung.

Aus Sicht der Forscher von der Columbia University zeigen die Befunde generell, dass das Blut- und Immunsystem nicht nur den ganzen Körper versorgt und etwa bei Infektionen schützt, sondern auch, dass es auf das Funktionieren anderer Organe angewiesen ist.

Der Würzburger Biologe Schulze findet die Befunde daher kaum überraschend. „Das meiste TPO kommt aus der Leber, warum sollte es dann nicht an der Funktion bei der Erhaltung des Stammzell-Pools einen großen Anteil haben?“

Knochenmark-Spendebereitschaft essenziell

Ob die Ergebnisse helfen können, Therapien zu verbessern, ist unklar. Wirkstoffe, die die Funktion von TPO nachahmen, gibt es bereits. Derzeit wird untersucht, ob sie nach Knochenmarktransplantationen das Immunsystem besser in Gang bringen können. Damit Transplantationen Patienten mit Blutkrebs besser helfen, braucht es aber nicht nur mehr Forschung, sondern vor allem spendebereite Freiwillige.

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