KI identifiziert Regulator der Blutstammzellenalterung

Forschende der Tohoku Universität haben mithilfe künstlicher Intelligenz einen zentralen genetischen Regulator für die Alterung hämatopoetischer Stammzellen identifiziert. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Science Advances veröffentlicht. Hämatopoetische Stammzellen im Knochenmark sind lebenslang für die Neubildung aller Blutzellen verantwortlich. Während sie im Jugendalter ein Gleichgewicht zwischen Selbsterneuerung und Differenzierung halten, verändert sich dieses Verhältnis mit zunehmendem Alter: Die Zellzahl steigt zwar an, die Produktion reifer Blutzellen wie roter Blutkörperchen und Lymphozyten jedoch schwindet. Dieser Prozess trägt zu altersbedingter Anämie, Immunschwäche, Thrombosen und weiteren Blutkrankheiten bei. Im Gegensatz zu der Annahme, dass gealterte Stammzellen einfach an Funktion verlieren, zeigten die Untersuchungen an Mäusen, dass sie einen neuen, stabilen Zustand einnehmen. In diesem aktivieren sie gleichzeitig zwei genetische Programme: eines zur Aufrechterhaltung eines unreifen Stammzellzustands und eines zur Vorbereitung auf die Thrombozytenproduktion. Diese Veränderungen entwickeln sich kontinuierlich, beginnend vor der Geburt und verstärkend nach der Geburt. Um die steuergenen Mechanismen aufzuspüren, setzten die Wissenschaftler das auf Milliarden von Zellen trainierte KI-Modell Geneformer ein. Anschließend trainierten sie es mit Transkriptomdaten von rund 160.000 jungen und alten Blutstammzellen. Die KI filterte 143 vielversprechende Kandidaten heraus, die im Labortest auf einen Schlüsselfaktor eingegrenzt wurden: den Genregulator Pbx1. Bei alten Stammzellen korrelierte Pbx1 stark mit Genen für Unreife, Altern und Thrombozytenbildung. Durch die Erhöhung von Pbx1 in jungen Stammzellen ließen sich charakteristische Alterungsmerkmale nachahmen. Bis zu 73,3 Prozent der durch Pbx1 aktivierten Gene wurden auch in alten Stammzellen hochreguliert. Die transplantierten Zellen produzierten deutlich weniger rote Blutkörperchen, während die Thrombozytenbildung relativ zunahm. Die Forschenden führen dies auf eine Unterdrückung des Gata1-Gens durch Pbx1 zurück. Keiyo Takubo von der Tohoku Universität betont, dass gealterte Blutzellen nicht einfach schwächer werden, sondern eine alternative, stabile Differenzierungsroute einschlagen. Die Studie verbindet KI-gestützte Vorhersagen, Hochdurchsatz-Screening und Multiplex-Analytik, um einen zentralen Pfad der Stammzellalterung zu kartieren. Zukünftige Forschung wird untersuchen, ob derselbe Mechanismus beim Menschen wirkt und wie er sich auf chronische Anämie, thrombotische Ereignisse, klonale Hämatopoese sowie Blutkrebs auswirkt. Die Erkenntnisse legen den Grundstein für gezielte Eingriffe in altersbedingte Blutbildungsstörungen.