Stamcellers handlingsutrymme och kompetens

Stamcellerna i vår hjärna är aldrig särskilt många men de utför en enorm prestation. Genom celldelning ger de upphov till de runt 100 miljarder nervceller, av ungefär 1000 olika celltyper, som den vuxna hjärnan består av. Hur denna utveckling av hjärnan ser ut på övergripande nivå har forskningen haft god kunskap om länge. Men hur det går till i detalj, vilka mekanismer som styr denna komplexa och ömtåliga process, är fortfarande till stora delar okänt.

Jonas Muhr är professor i eukaryot molekylärbiologi vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, och hans forskning handlar just om detta.

- Hur får en stamcell sina instruktioner? Vad gör att den delar på sig? Och vad gör att den slutar dela på sig? Det är, enkelt uttryckt, vad vi försöker förstå, säger Jonas Muhr. Genom att lära oss om den friska hjärnan kan vi också få kunskap hur cancer och neurodegenerativa sjukdomar fungerar.

De kemiska signaler som kroppen använder för att ge stamcellerna order är rätt få  omkring ett tjugotal olika molekyler. Trots denna begränsade repertoar av kommandon kan stamcellerna med precision instrueras att tillverka ett tusental olika typer av hjärnceller. Det innebär att en viss signalmolekyl måste ha olika innebörd och ge olika resultat, beroende på sammanhanget.

- Cellernas handlingsutrymme, deras kompetens som vi säger, beror på både tid och rum: de reagerar annorlunda på en viss signal idag jämfört med igår, och nervceller i en del av hjärnan reagerar annorlunda än celler i en annan del eller i ryggmärgen.

Hur dessa kompetensskillnader uppkommer är en av de stora forskningsfrågorna för Jonas Muhr och i slutet av 2012 tilldelades han, tillsammans med kolleger vid Linköpings universitet och Karolinska Institutet, ett femårigt bidrag från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse för att utforska det.

Hur stamceller regleras i nervsystemet

Oavsett om cellen ska fortsätta som stamcell eller mogna till en hjärncell behöver den aktiva instruktioner, berättar Jonas Muhr.

- När jag började forska förmodade många att cellen fortsatte som stamcell så länge den inte fick några andra signaler. Men det har visat sig felaktigt. Den behöver instruktioner för att förbli stamcell och den behöver instruktioner för att mogna till funktionell cell. Får den inga signaler alls hamnar den i en sorts limbo: mogen och oförmögen att dela sig, men ändå inte funktionell.

Varje stamcell i hjärnan ger upphov till väldigt många kopior, och varje kopiering av DNA innebär en risk. Ju fler kopieringsfel som smyger sig in i den genetiska koden, desto större sannolikhet att cellen ska börja bete sig konstigt och i värsta fall föröka sig okontrollerat så att en cancer uppstår.

För att begränsa dessa risker, men samtidigt kunna producera de enorma mängder hjärnceller som behövs, har stamcellerna en elegant taktik, förklarar Jonas Muhr.

- Cellerna har två olika sätt att dela på sig. De stamceller som ska fortsätta att vara stamceller delar sig i en långsam, rigorös process, där risken för mutationer är mycket liten. De dotterceller som är på väg att bli mogna hjärnceller delar sig däremot snabbt i ett antal led.

När de blir helt mogna tystnar de och kommer aldrig dela sig mer, varför kopieringsfel i deras DNA inte gör lika mycket. Detta håller vi på att undersöka nu: hur går det till? Hur vet en cell om den ska dela sig fort eller långsamt?

Forskningen om hur stamceller regleras i nervsystemet kan på sikt leda till nya behandlingar, bland annat mot cancer.

- Tumör är en tillväxtsjukdom, en klump celler som inte förstår att de ska sluta dela på sig, säger Jonas Muhr. Om vi kan förstå varför kontrollmekanismerna har slutat fungera, vilken gen som saknas eller är för aktiv, så skulle vi kunna utveckla läkemedel som rättar till det felet.

En annan möjlig väg är att identifiera vilka livsviktiga proteiner en stamcell behöver för att fortsätta vara en stamcell, och sedan försöka ta bort ett eller flera av dessa ämnen i tumören, så att det blir omöjligt för den att växa.

Även för behandling av neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimer, Parkinson, MS och ALS, är detta viktig forskning.

- Där ser jag alla möjligheter i världen. Jag tror att vi kommer att kunna behandla degenerativa sjukdomar med friska neuronala stamceller i framtiden. Men för att det ska gå att göra på ett säkert sätt måste vi ha god kunskap om hur stamcellerna styrs.

I Jonas Muhrs egen forskning är det en familj av proteiner som kallas SOX som står i centrum. De har varit kända sedan 1980-talet, men först på senare år har deras funktion för neuronala stamceller klarlagts - tack vare bland annat Jonas Muhr.

Text: Anders Nilsson, publicerad i "Från Cell till Samhälle" 2013

Om forskningsämnet

Eukaryot molekylärbiologi omfattar studier av proteiners och andra makromolekylers utseende och funktion i biologiska processer. Ämnet har en stark koppling till genetik, eftersom gener både regleras av och uttrycker (producerar) proteiner. Jonas Muhr intresserar sig för de molekyler som reglerar nervsystemets, i synnerhet hjärnans, stamceller. Att studera mekanismerna bakom celldelningen i den friska hjärnan ger viktig kunskap för förståelsen av hur tumörer uppstår och utvecklingen av behandlingar mot cancer och neurodegenerativa sjukdomar.

Länkar

Cell- och molekylärbiologiProfessorStamceller