Wie sich Muskeln erholen

Nur mithilfe ihrer Skelettmuskulatur können sich Wirbeltiere bewegen und atmen. Außerdem spielen die Muskeln eine bedeutende Rolle bei der Erzeugung von Wärme und im Stoffwechsel des Körpers. Um diese Funktionen zu gewährleisten, muss der Organismus beschädigte Muskeln schnell und effizient reparieren. Ein von Prof. Dr. Roland Schüle und Milica Tosic geleitetes Forschungsteam hat nun bewiesen, dass das epigenetische Enzym Lysin-spezifische Demethylase (Lsd1) eine Schlüsselrolle in der Regeneration der Skelettmuskulatur und in den frühen Entwicklungsschritten der dafür zuständigen Satellitenzellen, einer speziellen Art von Stammzellen, spielt. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Satellitenzellen sitzen unter der so genannten Basalmembran, welche die Muskelzellen umhüllt, und besitzen die Fähigkeit, sich sowohl zu diesen als auch zu braunen Fettzellen zu entwickeln. Bisher sind jedoch die molekularen Mechanismen, die den Vorgang regulieren, nicht gänzlich bekannt.

Das Freiburger Team injizierte genetisch modifizierten Mäusen Schlangengift und führte so eine Verletzung an ihren Muskeln herbei. Dabei zeigten die Forschenden, dass ein erhöhter Lsd1-Spiegel die Entwicklung zu Muskelzellen beschleunigt, da das Enzym die Expression, also das Ablesen von Genen und das Umschreiben in Proteine auslöst, die die Muskelbildung und -regeneration fördern. Im Gegensatz dazu führte fehlendes Lsd1 oder die Hemmung seiner Aktivität zu einer verzögerten Regeneration. Ein Entfernen des Enzyms bewirkte außerdem, dass die Satellitenzellen währenddessen nicht in Muskel-, sondern in Fettzellen differenzieren. Diese Zellen produzieren nicht nur das Protein Perilipin 1, sondern auch das Protein Ucp1, das ausschließlich in braunen Fettzellen vorkommt. Um zu beweisen, dass diese tatsächlich aus Satellitenzellen gebildet werden, markierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Stammzellen mit einem grün fluoreszierenden Protein und konnten so die Bildung der braunen Fettzellen während des Regenerationsprozesses verfolgen.

Auf molekularer Ebene zeigten die Forschenden, dass Lsd1 die Entwicklung der Satellitenzellen zu braunen Fettzellen verhindert, indem es das Zink-Finger-Protein GLIS1 (Glis1) hemmt. Erhöhte Glis1-Level waren in Mäusen und in In-vitro-Versuchen dagegen ausreichend, um die Differenzierung zu braunen Fettzellen voranzutreiben und somit den Effekt, den eine Entfernung des Lsd1 hat, zu imitieren. Zusammenfassend ergaben die Untersuchungen, dass eine Unterdrückung von Glis1 und ein gleichzeitiges Hochregulieren von Lsd1 die Muskelregeneration sicherstellen.

Roland Schüle und Milica Tosic forschen an der Klinik für Urologie und in der Zentralen Klinischen Forschung am Universitätsklinikum Freiburg. Schüle ist außerdem Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies.

Original Veröffentlichung:

Lsd1 regulates skeletal muscle regeneration and directs the fate of satellite cells.
Tosic M, Allen A, Willmann D, Kim J, Lepper C, Duteil D, Schüle R.
NatComm. 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-02740-5

https://www.nature.com/articles/s41467-017-02740-5

Report about Roland Schüle’s research in uniˈwissen (only in German):

www.pr2.uni-freiburg.de/publikationen/uniwissen/uniwissen-2014-1/#/8