Darm: Enzym in Stamm­zellen identifiziert

Darm: Enzym in Stamm­zellen identifiziert

Wie gelingt die konti­nu­ier­liche Regene­ration des Darmepi­thels, die so wesentlich für die Gesundheit ist? Die Neubildung der spezia­li­sierten Zellen des Darmepi­thels wird überwiegend durch gewebe­spe­zi­fische Transkrip­ti­ons­fak­toren gesteuert, deren Zugang zur DNA wiederum davon abhängt, ob DNA relativ frei zugängig ist (Euchro­matin) oder eng verpackt vorliegt (Hetero­chro­matin). Forsche­rinnen und Forscher am Zentrum für Regene­rative Therapien (CRTD) der TU Dresden gingen der Frage nach, welche Bedeutung die Regulation der Hetero­chro­matin-Bildung im Darmepithel hat und veröf­fent­lichten ihre Erkennt­nisse im renom­mierten inter­na­tio­nalen Wissen­schafts­journal Gut.

Das Darmepithel ist ein Teil der Darmwand und kleidet die Innen­seite des Darms aus. Diese Zellschicht spielt eine entschei­dende Rolle bei der Aufnahme von Wasser, Elektro­lyten und Nährstoffen. Gleich­zeitig kontrol­liert das Darmepithel das Eintreten von Bakterien, Viren, Pilzen, Giften und Antigenen, steuert die Immun­abwehr und hat damit entschei­denden Einfluss auf die Gesundheit. Diese Aufgaben übernehmen spezia­li­sierte Darmepi­thel­zellen, die alle drei bis fünf Tage aus einem Pool von Darm-Stamm­zellen neu gebildet werden und alte Zellen ersetzen. Damit ist das Darmepithel das sich am schnellsten erneu­ernde Gewebe bei erwach­senen Säugetieren.

Wie gelingt die konti­nu­ier­liche Regene­ration des Darmepi­thels, die so wesentlich für die Gesundheit ist? Die Neubildung der spezia­li­sierten Zellen des Darmepi­thels wird überwiegend durch gewebe­spe­zi­fische Transkrip­ti­ons­fak­toren gesteuert, deren Zugang zur DNA wiederum davon abhängt, ob DNA relativ frei zugängig ist (Euchro­matin) oder eng verpackt vorliegt (Hetero­chro­matin). Forsche­rinnen und Forscher am Zentrum für Regene­rative Therapien (CRTD) der TU Dresden gingen nun der Frage nach, welche Bedeutung die Regulation der Hetero­chro­matin-Bildung im Darmepithel hat und veröf­fent­lichten ihre Erkennt­nisse im renom­mierten inter­na­tio­nalen Wissen­schafts­journal Gut.

In ihrer Studie zeigte das Team um Prof. Sebastian Zeißig die Bedeutung des in der Hetero­chro­matin-Bildung invol­vierten Eiweißes SETDB1 für die Neubildung der Darmepithel-Zellen, die Verhin­derung von Entzündung und die allge­meine Darmge­sundheit auf. Die Wissen­schaft­le­rinnen und Wissen­schaftler beobach­teten im Tiermodell, welche Folgen der Verlust dieses Enzyms in den Darm-Stamm­zellen hat: So vermehren sich endogene Retro­viren, die einen relevanten Anteil des mensch­lichen Genoms darstellen, innerhalb weniger Tage massiv. Sie verur­sachen DNA-Schäden und Entzün­dungen und lassen die Zellen letzt­endlich absterben. Ist das Enzym SETDB1 nicht vorhanden, verliert der Darm seine Stammzell-Population, die seine Funktio­na­lität aufrecht­erhält. Dies verhindert die Aufnahme von Flüssigkeit und Nährstoffen, ruft Darment­zündung hervor und führt innerhalb weniger Tage unwei­gerlich zum Tod.

»Unsere Studie belegt die funda­mentale Bedeutung von SETDB1 und der Hetero­chro­matin-Bildung für die Aufrecht­erhaltung der Genom­sta­bi­lität im Darmepithel und den kontrol­lierten Verlauf der Prozesse im Darm«, erklärt Prof. Sebastian Zeißig, Forschungs­grup­pen­leiter am CRTD und Arzt an der Medizi­ni­schen Klinik I des Univer­si­täts­kli­nikums Carl Gustav Carus Dresden. »Abzuwarten bleibt, ob Mutationen in diesem Gen auch im Menschen beispiels­weise zu Darment­zündung wie bei chronisch-entzünd­lichen Darmer­kran­kungen beitragen können.«

Origi­nal­pu­bli­kation: GUT – »SETDB1 is required for intes­tinal epithelial diffe­ren­tiation and the prevention of intes­tinal inflammation«, Autoren: Lea Južnić, Kenneth Peuker, Anne Strigli, Mario Brosch, Alexander Herrmann, Robert Häsler, Michael Koch, Liz Matthiesen, Yvonne Zeißig, Britt-Sabina Löscher, Alexander Nuber, Gunnar Schotta, Volker Neumeister, Trian­taf­yllos Chavakis, Thomas Kurth, Mathias Lesche, Andreas Dahl, Anne von Mässen­hausen, Andreas Linkermann, Stefan Schreiber, Konrad Aden, Philip Rosen­stiel, Andre Franke, Jochen Hampe, Sebastian Zeißig

Textquelle: Kim-Astrid Magister, Technische Univer­sität Dresden

Bildquelle: (oben) Gesunder (rechts) und kranker (links) Darm: Ein ausge­dehnter DNA-Schaden (grün) innerhalb des Darmepi­thels führt zum entzünd­lichen Zelltod und beschädigt den Darm. Foto: Technische Univer­sität Dresden