Forscher identifizieren einen doppelten Ursprung von Zellen, die die Pubertät und Fortpflanzung steuern

Forscher des Francis Crick Institute haben gezeigt, dass Gonadotrophen, Zellen in der Hypophyse, die eine wichtige Rolle in der Pubertät und Fortpflanzung spielen, aus zwei verschiedenen Populationen stammen, wobei die Mehrheit nach der Geburt und nicht, wie bisher angenommen, im Embryo gebildet wird. Ein besseres Verständnis darüber, wann sich diese wichtigen Zellen entwickeln, könnte Forschern und Ärzten helfen, Störungen zu verstehen und zu behandeln, die sich auf die Pubertät und Fruchtbarkeit auswirken.

Wichtige Erkenntnisse zur Pubertät und Fortpflanzung

In der Hypophyse, einer kleinen Drüse in der Mitte des Kopfes, die mit dem Gehirn verbunden ist, schütten Gonadotrophen Hormone aus, die die Eierstöcke oder Hoden zur Reifung anregen und die Produktion von Eizellen oder Spermien in Gang setzen. Gonadotrophen treten erstmals im Embryo auf und vermehren sich nach der Geburt. Ein Forschungsteam am Crick hat zuvor eine Population gewebespezifischer Stammzellen in der Hypophyse identifiziert. Dabei handelt es sich um Zellen, die sich selbst erneuern oder zu jedem Zelltyp spezialisieren können, aus dem das Gewebe besteht, in dem sie sich befinden.

Diese hatten keine offensichtliche Funktion, konnten jedoch unter bestimmten Umständen zu jedem hormonproduzierenden Zelltyp werden. In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie hat dasselbe Labor nun herausgefunden, dass diese Stammzellen nach der Geburt den Großteil der Gonadotropin-Population bilden. Das Team gelangte zu diesem Ergebnis, indem es die Nachkommen der Stammzellen genetisch markierte und verfolgte, während sie sich in der Hypophyse von Mäusen zu verschiedenen Zelltypen entwickelten. Durch die Verfolgung der Marker von der Geburt bis zu einem Jahr stellte das Team fest, dass der Stammzellpool fast ausschließlich zu Gonadotrophen und nicht zu anderen Arten von Hypophysenzellen wurde. Dieser Prozess begann nach der Geburt und setzte sich bis zur Pubertät fort, die bei Mäusen als „Minipuberty” bezeichnet wird.

Sie zeigten auch, dass sich die beiden Populationen in getrennten Kompartimenten der Hypophyse befinden und dass die embryonalen Gonadotrophen ihr Leben lang an Ort und Stelle bleiben, während sich die aus Stammzellen stammende Population nach der Geburt über die gesamte Drüse verteilt.

Das richtige Rezept zur Produktion von Gonadotrophen

Als Nächstes wollte das Team verstehen, was die Stammzellen dazu anregt, sich speziell zu Gonadotrophen zu entwickeln. Sie bestätigten, dass es sich um eine Substanz handeln muss, die im Körper vorhanden ist, da die Stammzellen im Labor isoliert zu beliebigen Hypophysenzelltypen werden konnten und nicht, wie bei den jungen Tieren, fast ausschließlich zu Gonadotrophen. Die Forscher blockierten zunächst ein im Gehirn gebildetes Hormon namens Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH), das die Gonadotrophen zur Ausschüttung von Hormonen anregt. Dies führte zu kleineren Eierstöcken und Hoden, hinderte die Stammzellen jedoch nicht daran, sich zu Gonadotrophen zu entwickeln, was darauf hindeutet, dass GnRH nicht das Signal ist, das ihre Entwicklung stimuliert. Ebenso hatte die Entfernung von Sexualhormonen wie Testosteron durch die Gabe chemischer Blocker oder die Entfernung der Eierstöcke und Hoden keinen Einfluss.

Da GnRH und Sexualhormone bei der Bildung von Gonadotropinen keine Rolle spielten, vermutet das Team, dass etwas im physiologischen Kontext, wie beispielsweise das Verlassen des mütterlichen Körpers bei der Geburt, wichtig ist, damit sich Gonadotropine zum richtigen Zeitpunkt entwickeln können.

Minipubertät: ein Zeitfenster

Menschen mit einer seltenen genetischen Störung namens kongenitaler hypogonadotroper Hypogonadismus (CHH) produzieren kein GnRH. Das bedeutet, dass die Gonadotrophen nicht zur Produktion von Hormonen angeregt werden, die die Pubertät in Gang setzen, was zu einer ausbleibenden oder unvollständigen sexuellen Entwicklung führt. Ähnlich wie Mäuse durchlaufen auch Menschen eine Minipubertät, bei der kurz nach der Geburt eine Aktivitätswelle in der Hypophyse auftritt, die einige Monate bis Jahre andauern kann. Die Forscher glauben auch, dass die gleichen zwei Subpopulationen von Gonadotrophen beim Menschen existieren, was darauf hindeutet, dass Gonadotrophen ebenfalls hauptsächlich während der Minipubertät produziert werden.

Dies unterstreicht, dass es in der frühen Kindheit ein Zeitfenster gibt, um Störungen wie CHH zu diagnostizieren oder zu überprüfen, ob sich Gonadotrophen richtig bilden, und gegebenenfalls einzugreifen. Eine frühzeitige Erkennung könnte verhindern, dass Kinder später im Leben die Pubertät nicht durchlaufen. Karine Rizzoti, leitende Laborforscherin im Labor für Stammzellbiologie und Entwicklungsgenetik am Crick und Co-Seniorautorin, sagte: „Wir wissen schon seit einiger Zeit von dieser Population von Stammzellen in der Hypophyse, aber es bedurfte der richtigen Werkzeuge zum richtigen Zeitpunkt, um zu erkennen, wie wichtig sie sind. Anstelle der bisher vertretenen Auffassung, dass Gonadotrophen alle denselben Ursprung haben, haben wir festgestellt, dass es zwei Generationswellen gibt, eine vor und eine nach der Geburt.“

Daniel Sheridan, ehemaliger Doktorand am Crick und Erstautor, sagte: „Unsere Entdeckung, dass Gonadotrophen hauptsächlich nach der Geburt gebildet werden, ist wichtig, da sie eine Möglichkeit zur Intervention aufzeigt, die schwierig wäre, wenn sie hauptsächlich im Embryo gebildet würden. Wir haben noch nicht herausgefunden, was die Stammzellen dazu anregt, sich zu Gonadotrophen zu entwickeln, was uns helfen würde, Erkrankungen der Pubertät besser zu behandeln.“