Die von Yoons Gruppe untersuchte Salamanderart: Rotpunktsalamander Notophthalmus viridescens. Durch die Untersuchung von Salamandern, die über bemerkenswerte Regenerationsfähigkeiten verfügen, haben Forscher herausgefunden, dass das Vorhandensein alternder Zellen den Prozess der Regeneration von Gliedmaßen beschleunigt. Die Zellen sezernieren Faktoren, die reifen Muskelfasern signalisieren, sich in ehemalige Muskelzellen umzuwandeln, was die Regeneration fördert. Diese Erkenntnis könnte Forschern helfen zu verstehen, warum Menschen nur begrenzte Regenerationsfähigkeiten haben, und möglicherweise neue Behandlungsmethoden für altersbedingte Krankheiten entwickeln. Bildnachweis: Maximina Yun
Wissenschaftler haben gezeigt, dass sogenannte seneszierende Zellen, also Zellen, die sich dauerhaft nicht mehr teilen, die Produktion neuer Muskelzellen fördern, um die Regeneration verlorener Gliedmaßen bei Salamandern zu fördern.
Seneszente Zellen, die mit Alterung und Krankheit in Zusammenhang stehen, können regenerative Eigenschaften haben. Bei der Untersuchung von Salamandern fanden Forscher heraus, dass alternde Zellen die Regeneration von Gliedmaßen beschleunigen, indem sie den Muskelfasern signalisieren, sich zu dedifferenzieren, was zu neuen Behandlungsmethoden für altersbedingte Krankheiten führen könnte.
Seneszierende Zellen sind Zellen, die als Reaktion auf zellulären Stress dauerhaft aufgehört haben, sich zu teilen, aber nicht abgestorben sind. Mit zunehmendem Alter von Organismen nimmt die Anzahl alternder Zellen im Körper zu. Diese Ablagerungen gelten derzeit als ein Zeichen des Alterns und werden mit einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Krebs, in Verbindung gebracht. Die wahre Natur dieser Zellen kann jedoch komplexer und kontextabhängiger sein.
Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass seneszierende Zellen auch positive Auswirkungen haben können, etwa die Wundheilung oder die Verhinderung von Narbenbildung im Gewebe. „Vor einigen Jahren fand unsere Gruppe heraus, dass seneszierende Zellen in Schlüsselstadien der Regeneration der Salamander-Gliedmaßen vorhanden waren. Interessanterweise haben andere Gruppen diese Zellen später auch in anderen Regenerationskontexten gefunden, unter anderem bei Säugetieren. Deshalb wollten wir sehen, ob diese Zellen dazu beitragen.“ „In jeder Hinsicht kann es sich selbst regenerieren“, erklärt Dr. Maximina Jön, Forschungsgruppenleiterin am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) und der Physics of Excellence (PoL)-Gruppe an der TU Dresden und dem Max-Planck-Institut[{“ attribute=““>Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG).
Senescent Cells Promote Regeneration
The researchers in Yun’s group study salamanders. These animals have unique regeneration abilities and are able to re-grow many organs of their bodies, including lost limbs. “Salamander limb regeneration is a fascinating process. In a matter of weeks, they re-grow a fully functional limb,” explains Dr. Yun.
To check if the presence of senescent cells influences the limb regeneration process, researchers in the Yun group found a way to modulate the number of senescent cells in the wound. The team observed that the presence of senescent cells enhanced the regeneration process.
“When more senescent cells were present in the wound, the animals developed a larger regeneration bud, or – as we call it – blastema. This is a collection of cells that are going to form all the needed tissues in the new limb. The larger the blastema, the more cells are there to regrow the limb and the quicker the regeneration process. The presence of senescent cells seemed to ‘fuel’ the regeneration process,” Dr. Yun says.
“Zombie” Signaling Promotes New Muscle Cells
Looking more closely at the blastema with and without the influence of the senescent cells, the Yun team uncovered a new mechanism that enhances the regeneration process and found that the presence of senescent cells increased the number of regenerating muscle cells. They showed that senescent cells secrete factors that stimulate nearby muscle tissue to take a developmental step back and produce new muscle.
“Our results show that senescent cells use cell-cell communication to influence the regeneration process. They secrete molecules that signal to mature muscle fibers to dedifferentiate into muscle progenitor cells. These cells can multiply themselves as well as differentiate into new muscle cells, thereby enhancing the regeneration process. This signaling appears to be an important part of promoting regeneration,” says Dr. Yun.
For now, the group focused on muscle, one of the most important tissues in the regenerating limb. However, the team is already investigating whether senescent cell signaling also contributes to the regeneration of other tissues.
Lessons From the Salamanders
Yun’s group is working with salamanders to study regeneration and aging processes. “Salamanders are one of the few animal species that seem to defy the natural aging process. They do not develop typical signs of aging and do not accumulate age-related diseases such as cancer. They also have extraordinary healing abilities,” says Dr. Yun. The animals can regenerate almost any organ in their body.
Studying salamanders is helping Dr. Yun and her colleagues at the CRTD understand the principles of the regeneration process and, in the long run, may help solve the puzzle of why humans have very limited regenerative abilities.
Reference: “Senescent cells enhance newt limb regeneration by promoting muscle dedifferentiation” by Hannah E. Walters, Konstantin E. Troyanovskiy, Alwin M. Graf and Maximina H. Yun, 6 April 2023, Aging Cell.
DOI: 10.1111/acel.13826
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