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Fett statt Muskeln

Ohne Sauerstoff kann eine Zelle nicht überleben - doch auch zuviel ist schädlich. So reagieren adulte Stammzellen sehr empfindlich auf die sie umgebende Sauerstoffkonzentration und weichen bei einem permanenten Überangebot von ihrem ursprünglichen Entwicklungsmuster ab: Was etwa Muskelzelle werden sollte, entwickelt sich zur Fettzelle. Die zellulären Vorgänge sind womöglich vergleichbar mit den Prozessen bei der Alterung und Diabetes.
Im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen, die noch das komplette Potential aller Zelltypen in sich tragen, sind adulte Stammzellen in ihrer natürlichen Umgebung schon recht spezialisiert. So begnügen sich Knochenmarkszellen im Körper damit, alle Zelltypen des Blutsystems zu bilden, während muskuläre Vorläuferzellen im Normalfall Muskelzellen werden. Außerhalb des Körpers sind allerdings ganz andere Dinge möglich.

So entwickeln sich kultivierte Stammzellen in zwei unterschiedliche Richtungen, je nachdem, welche äußeren Rahmenbedingungen sie vorfinden. Wie sich der lebensnotwendige Sauerstoff auf muskuläre Stammzellen auswirkt, untersuchte das Team um Marie Csete an der University of Michigan. Hierzu isolierten die Forscher aus erwachsenen Mäusen Vorläuferzellen, die dem Tier einen permanenten Nachschub an Muskelzellen liefern, um die abgestorbenen Zellen zu ersetzen. Nun setzten die Forscher die kultivierten Zellen unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen aus und beobachteten hiervon abhängige Zellveränderungen.

In einer Umgebung mit zwei bis sechs Prozent Sauerstoff – dies entspricht den Bedingungen innerhalb eines Organismus – fühlten sich die Zellen am wohlsten. Sie wuchsen schneller, lebten länger und entwickelten sich regelmäßiger zu Skelettmuskelzellen als unter sauerstoffreichen Bedingungen. Lebten die Zellen über einen langen Zeitraum unter 20 Prozent Sauerstoff, änderten sie allerdings ihr Entwicklungsmuster. Was eigentlich zur Muskelzelle bestimmt war, wurde nun Fettzelle. Und je ursprünglicher die Zellen waren, desto empfindlicher reagierten sie auf erhöhte Sauerstoffkonzentrationen.

Csete vermutet, dass das abnormale Wachstumsverhalten der Zellen in sauerstoffreicher Umgebung dem Alterungsprozess entsprechen könnte, wenn die Zellen immer mehr freien Radikalen und oxidativem Stress ausgesetzt sind. Dies stimmt mit klinischen Beobachtungen überein, die bei der Zuckerkrankheit Diabetes und dem Alterungsprozess eine Abnahme der Muskelmasse und als Ersatz dafür eine Zunahme von Fettgewebe beschreiben. Der von Csete beobachtete Vorgang – Fett statt Muskeln – könnte dem also entsprechen. Doch die giftige Wirkung von zuviel Sauerstoff scheint sich nicht auf Muskelzellen zu beschränken. Vorläufige Ergebnisse aus der selben Arbeitsgruppe lassen ein entsprechendes Verhalten auch bei Vorläuferzellen vom zentralen und peripheren Nervensystem vermuten.

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