Geschlechtsunterschiede bei Hauterneuerung in Mausstudie

Wie sich die Haut erneuert, hängt bei Mäusen auch vom biologischen Geschlecht ab. Forschende beobachteten Hautstammzellen über fünf Monate und identifizierten Sexualhormone als Regulatoren ihrer Proliferation und Differenzierung.

Lange Zeit wurden Unterschiede zwischen Weibchen und Männchen hauptsächlich mit den Fortpflanzungsorganen in Verbindung gebracht. Doch auch Organe ohne Bezug zur Fortpflanzung, etwa die Haut, können durch das biologische Geschlecht geprägt sein. Forschende der Université libre de Bruxelles haben in Zusammenarbeit mit der University of Cambridge in „Nature“ eine Studie veröffentlicht, in der sie geschlechtsspezifische Unterschiede bei der Erneuerung der Epidermis bei Mäusen und deren Regulation durch Sexualhormone untersuchten.

Die Forschenden verwendeten eine Mikroskopietechnik, mit der sich Zellen durch die Haut einer lebenden Maus hindurch abbilden lassen. So verfolgten sie dieselben Stammzellen und ihre Nachkommen über fünf Monate hinweg. Ursprünglich wollten sie verstehen, wie sich die Haut erneuert. Dabei entdeckten sie einen unerwarteten Unterschied zwischen Weibchen und Männchen und zeigten anschließend, dass Sexualhormone dafür verantwortlich sind.

Die Epidermis wird kontinuierlich erneuert. In ihrer Basalschicht befinden sich proliferationsfähige Stammzellen. Ein Teil ihrer Tochterzellen behält die Stammzelleigenschaften bei. Andere differenzieren zu spezialisierten, nicht mehr teilungsfähigen Keratinozyten, die zur epidermalen Barrierefunktion beitragen. Im Verlauf der Differenzierung gelangen die Zellen in die oberflächlichen Epidermisschichten und werden schließlich abgeschilfert. Wie dieser Prozess organisiert ist, wird seit Jahrzehnten diskutiert. Durch die Aufzeichnung derselben Hautareale über fünf Monate zeigte das Team, dass Stammzellen nicht unmittelbar zu reifen Hautzellen werden: Zunächst durchlaufen sie ein Zwischenstadium, in dem sie sich nur begrenzt oft teilen können, bevor sie vollständig differenziert sind.

Schwesterzellen agieren bei Weibchen synchroner

Noch überraschender war, dass bei Weibchen zwei Schwesterzellen, die aus der Teilung derselben Zelle hervorgehen, dazu neigen, gleichzeitig dieselbe Entscheidung zu treffen: sich erneut zu teilen oder sich zu spezialisieren. Wie zwei Ruderer, die ihre Schläge synchronisieren, agieren sie im Gleichklang. Bei Männchen folgt jede Zelle stärker ihrem eigenen Rhythmus.

„Unser ursprüngliches Ziel war es, zu verstehen, wie sich die Haut erneuert und ob eine Hierarchie mit Stammzellen an der Spitze besteht. Wir waren überrascht, ausgeprägte Unterschiede in der Art und Weise zu entdecken, wie Stammzellen die Haut bei Weibchen und Männchen erneuern“, erläutert Dr. Dan Engelman vom Laboratory of Stem Cells and Cancer der Université libre de Bruxelles, Brüssel, Belgien.

Sexualhormone geben den Takt vor

Um die Ursache dieses Unterschieds zu verstehen, untersuchten die Forschenden den Einfluss von Sexualhormonen. Die Kastration männlicher Mäuse, durch die die wichtigste Quelle des männlichen Hormons Testosteron entfernt wird, zeigte, dass männliche Sexualhormone die Geschwindigkeit steuern, mit der Hautzellen differenzieren und die Stammzellschicht verlassen. Nach der Kastration ähnelt die männliche Haut hinsichtlich dieser Prozesse stärker der weiblichen Haut, während die Behandlung mit Dihydrotestosteron, einer aktiven Form von Testosteron, den männlichen Phänotyp wiederherstellt. Umgekehrt verringert eine Ovarektomie bei Weibchen die Stammzellproliferation. Dieser Effekt wird durch die Behandlung mit Östradiol aufgehoben. Zudem wird durch die Ovarektomie die Signatur der Koordination zwischen Schwesterzellen nahezu vollständig beseitigt.

Zusammenfassend steuert Testosteron, das bei Männchen in höherer Konzentration vorliegt, die Geschwindigkeit der Hautzelldifferenzierung. Östrogene, die bei Weibchen in höherer Konzentration vorliegen, fördern dagegen die Stammzellproliferation und tragen zur Koordination der Stammzellen bei. Schließlich beschleunigte Testosteron auch in im Labor rekonstruierter menschlicher Haut die Stammzelldifferenzierung. Dies legt nahe, dass dieser Mechanismus auch beim Menschen besteht.

Schnellerer Wundverschluss bei weiblichen Mäusen

Die Forschenden beobachteten außerdem, dass sich eine Wunde an der Rückenhaut weiblicher Mäuse insbesondere in den ersten Tagen deutlich schneller verschließt als bei männlichen Mäusen. Dieser Vorsprung lässt sich teilweise durch eine frühere Aktivierung der Stammzellen erklären, die zudem koordinierter agieren. Mit fortschreitendem Wundverschluss verringert sich der Unterschied.

Forschende beobachten seit Langem, dass sich die Wundheilung, der Schweregrad bestimmter entzündlicher Erkrankungen und die Häufigkeit bestimmter Hautkrebsarten zwischen Männern und Frauen unterscheiden, ohne dass die Ursachen genau verstanden sind. Indem die Studie zelluläre und hormonelle Mechanismen geschlechtsspezifischer Unterschiede bei der Hauterneuerung aufzeigt, kann sie zum Verständnis solcher Unterschiede beitragen. (ins)