Forschende unter der Leitung von NYU Langone Health berichten, dass das Gen HOXA10 dazu beiträgt, Skelettstammzellen lebenslang zu erhalten und so die Fähigkeit des Knochens zur Selbstheilung zu unterstützen. In der in Science Advances veröffentlichten Studie wurden gentechnisch veränderte Mäuse und Experimente mit menschlichen Knochenzellen eingesetzt, um zu untersuchen, wie das Gen die Erhaltung von Stammzellen und die Knochenheilung beeinflusst.
Skelettale Stamm- und Vorläuferzellen tragen zur Erhaltung und Regeneration von Knochen bei. Die Forschenden stellten fest, dass HOXA10 diesen Zellen hilft, sich selbst zu erneuern, und verhindert, dass sie zu Knochen bildenden Osteoblasten heranreifen, bevor sie benötigt werden. Das Team beschreibt dies als eine Möglichkeit, den Stammzellvorrat davor zu schützen, zu früh erschöpft zu werden.
Um die Auswirkungen des Gens im Zeitverlauf zu untersuchen, schalteten die Forschenden HOXA10 bei Mäusen im Alter von sechs Tagen aus und verfolgten ihre Knochenstammzellen 15 Monate lang. Am Ende dieses Zeitraums waren etwa 90 % der Stammzellen und ihrer Nachkommen, die erwartungsgemäß vorhanden sein sollten, verloren gegangen. Die Forschenden führten dies auf eine verminderte Selbsterneuerung zurück.
Auch die veränderten Mäuse hatten Schwierigkeiten, Knochenbrüche zu heilen. Stammzellvorläufer machten 48 % des Kallus aus – des vorübergehenden Gewebes, das sich während der Heilung über einem Bruch bildet – verglichen mit 76 % bei Kontrollmäusen. Zusätzliche Experimente zeigten, dass der Verlust von HOXA10 die Organisation des Kollagens beeinträchtigte, das ein frühes Gerüst für neuen Knochen bildet.
In Tests mit menschlichen Knochenbiopsien schalteten die Forschenden drei verwandte HOX-Gene aus. Die Zellen zeigten stärkere Rückgänge der Stammzellzahlen als die Mauszellen, und der programmierte Zelltod nahm um 50 % zu. Die Ergebnisse legen nahe, dass menschliche Skelettstammzellen für Selbsterneuerung und Überleben möglicherweise auf HOX-Gene angewiesen sind, auch wenn die Experimente keine Behandlung für Patientinnen und Patienten belegen.
Die Forschenden erklären, die Ergebnisse wiesen HOXA10 als funktionellen Regulator der Erhaltung skelettaler Stammzellen aus und deuteten darauf hin, dass HOX-Gene mögliche Zielstrukturen für künftige Ansätze zur Knochenregeneration sein könnten. Die Studie baut auf früheren Arbeiten unter der Leitung des leitenden Autors Philipp Leucht auf, denen zufolge eine Steigerung der HOXA10-Aktivität die Heilung von Knochenbrüchen bei älteren Mäusen verbessern könnte.