In der Haut herrscht großes Gedränge

Stammzellen verhalten sich bemerkenswert unterschiedlich – je nachdem, wie eng es in ihrer Umgebung ist.

KÖLN. Die menschliche Haut ist ein bemerkenswertes Organ, das den Körper vor Krankheitserregern oder giftigen Substanzen schützt. Sie passt sich unserem Körper perfekt an und erneuert sich über die gesamte Lebenszeit ständig. Um ein solch komplexes und dynamisches Verhalten zu ermöglichen, hat jede Hautzelle eine spezifische Aufgabe – abhängig davon, wo sie in der Haut sitzt.

Forscher vom Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln konnten jetzt zeigen, dass das Verhalten von Stammzellen der Haut davon abhängt, wie dicht ihre Umgebung gepackt ist.

Zudem bewegen sich die Zellen durch diesen Druck innerhalb des Gewebes und stellen so sicher, dass jeder Zelltyp seine richtige Position einnimmt.

Die Haut eines Erwachsenen besteht aus verschiedenen Schichten. Ihre Stammzellen sitzen in der untersten Schicht und sorgen dort ständig für Nachschub an neuen Zellen. Diese wandern dann innerhalb des Gewebes nach oben und verwandeln sich währenddessen in spezialisierte Zellen – ein Vorgang, der auch als Differenzierung bezeichnet wird. Dafür müssen die Zellen ständig ihre Eigenschaften verändern. Die Haut muss dabei ein Gleichgewicht zwischen differenzierten Zellen und Stammzellen aufrechterhalten.

Ohne dieses natürliche Gleichgewicht geht die Struktur der Haut verloren und diese kann dann nicht mehr als Barriere wirken. Wie die Haut dieses komplizierte Gleichgewicht erhält, war bis jetzt weitgehend unklar.

„Wir haben uns daher zunächst gefragt, woher die Hautzellen wissen, wo sie sich in der Haut befinden und was sie dann dort zu tun haben“, erklärt die Forscherin Yekaterina Miroshnikova aus Köln. In lebenden Mauszellen in einer Petrischale untersuchten die Forscher den Mechanismus. Und stellten fest: Er ist äußerst elegant.

„Wir haben beobachtet, dass Stammzellen während der Teilung die Zellen in ihrer Umgebung deformieren und die gesamte Stammzellschicht zusammendrängen. Inte- ressanterweise führt diese Verdichtung und Verformung zu einer Differenzierung der benachbarten Zelle“, sagt Miroshnikova. Die zusammengequetschten Zellen verändern ihre Eigenschaften und entkommen dem lokalen Druck, indem sie in höhere Schichten regelrecht flüchten.

„Eine Zelle nimmt also genau wahr, was bei ihren Nachbarn vor sich geht, und macht dann genau das Gegenteil davon. Dadurch bleibt die Größe und Struktur des Gewebes auf einfache Art und Weise erhalten“, sagt Miroshnikova.

Die von der Max-und-Ingeburg-Herz-Stiftung geförderten Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, wie ein so komplexes Gewebe wie die menschliche Haut sich selbst durch sehr einfache Prinzipien der Selbstorganisation erhalten kann.

In Zukunft will die Forschergruppe über Computermodelle und zellbiologische Experimente herausfinden, wie genetische Mutationen während der Teilung und Differenzierung der Stammzellen zur Krebsentstehung beitragen und wie dem eventuell vorgebeugt werden kann.