Falten überdenken: Schlüsselgene Verursachen Altern
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Anonim

Schlüsselgene anstelle von Zell- und DNA-Schäden als Ursachen des Alterns.

Es betrifft jede Kreatur auf diesem Planeten und jeder träumt von einem Gegenmittel. Aber auch nach Jahrzehnten der Forschung bleibt das Altern weitgehend ein Rätsel. Jetzt deuten neue Forschungsergebnisse darauf hin, dass es einen guten Grund für diese Sackgasse gibt: Wissenschaftler haben möglicherweise falsch über die Ursachen des Alterns nachgedacht. Anstatt das Ergebnis einer Anhäufung genetischer und zellulärer Schäden zu sein, deuten neue Erkenntnisse darauf hin, dass Alterung auftreten kann, wenn genetische Entwicklungsprogramme schief gehen.

Die Idee, dass Stress und reaktive Formen von Sauerstoff - „freien Radikalen“, die die normalen Nebenprodukte des Stoffwechsels sind, das Altern verursachen, dominiert das Feld seit 50 Jahren. Studien am Wurm Caenorhabditis elegans haben gezeigt, dass eine geringere Exposition gegenüber reaktiven Sauerstoffspezies die Lebensdauer verlängert, und Würmer, die für ein längeres Leben gezüchtet wurden, sind auch widerstandsfähiger gegen Stress. Nur wenige Studien haben oxidative Schäden definitiv mit einer veränderten Zellfunktion in Verbindung gebracht.

Wissenschaftler haben auch festgestellt, dass intrinsische genetische Veränderungen mit dem Altern einhergehen. Mit zunehmendem Alter der Mäuse wird ein Gen namens p16INK4a, das das Zellwachstum und die Regeneration steuert, in den meisten Geweben aktiver und verhindert, dass sich die Zellen so leicht regenerieren wie jüngere Zellen als Reaktion auf Verletzungen oder Krankheiten. Und im Vergleich zu Muskelstammzellen bei jungen Mäusen akkumulieren diejenigen bei älteren Mäusen einen Proteinkomplex, der im Laufe der Zeit Muskeln in faseriges Fettgewebe umwandelt.

Diese Ergebnisse haben jedoch wenig dazu beigetragen, die Vorstellung in Frage zu stellen, dass das Altern das Ergebnis einer Schadensakkumulation ist, da diese genetischen Veränderungen eher eine Folge des Alterns als des Täters sein können. "Das ist immer die Herausforderung, Ursache und Wirkung zu erreichen", sagt Brian Kennedy, Biochemiker an der University of Washington. Und obwohl Studien gezeigt haben, dass eine Veränderung der Expression bestimmter Gene die Lebensdauer eines Organismus beeinflussen kann, ist unklar, ob diese Gene tatsächlich am normalen Alterungsprozess beteiligt sind.

Ein kürzlich in der Zeitschrift Cell veröffentlichter Artikel legt jedoch nahe, dass genetische Programme das Altern vorantreiben. Wissenschaftler der Stanford University und der University of Colorado in Boulder verglichen die Gene, die sich bei jungen Nematodenwürmern einschalten, mit denen, die bei alten Würmern exprimiert werden. Obwohl sich mehr als 1.000 Gene unterschieden, standen die meisten von ihnen unter der Kontrolle von nur drei, ELT-3, ELT-5 und ELT-6. Diese Gene sind Transkriptionsfaktoren - molekulare Schalter, die andere Gene ein- und ausschalten. "Es gab Hunderte von Dingen, die schief gegangen waren, aber alle wurden auf diese drei Transkriptionsfaktoren zurückgeführt", erklärt Stanford-Entwicklungsbiologe und Studienmitautor Stuart Kim. Die Expression der drei Transkriptionsfaktoren unterschied sich auch bei jungen und alten Würmern.

Um festzustellen, ob die Anhäufung von Schäden letztendlich diese Transkriptionsfaktoren beeinflusst, haben die Wissenschaftler Würmer oxidativem Stress, Infektionen und Strahlung ausgesetzt, aber nichts hat die Expression der Faktoren beeinflusst. Die Veränderungen "scheinen dem Genom des Wurms eigen zu sein", sagt Kim - nicht hervorgerufen durch äußere Einflüsse. Als die Forscher die Expression von ELT-5 und ELT-6 stoppten, die typischerweise im Alter aktiver werden, lebten die Würmer 50 Prozent länger. "Ich war total überrascht", bemerkt Kim.

Die Ergebnisse der Studie stimmen auch mit der herkömmlichen Weisheit überein, die die Lebensdauer mit einer verringerten Kalorienaufnahme verbindet. Die Forscher fanden heraus, dass die drei Transkriptionsfaktoren unter der Kontrolle des insulinähnlichen Signalwegs stehen, der steuert, wie sich der Stoffwechsel eines Organismus als Reaktion auf eine Hungersnot ändert. Einer der Dinge, die der insulinähnliche Signalweg während Perioden mit Kalorieneinschränkung bewirkt, ist laut Kim, die ELT-Transkriptionsfaktoren und ihre Gegenstücke in anderen Organismen „in einen jüngeren Zustand“zurückzusetzen. Wissenschaftler glauben, dass die Pflanzenverbindung Resveratrol, die die Lebensdauer einiger Organismen verlängert, die Auswirkungen der Kalorienreduzierung nachahmt und auch diese Wege zurücksetzt.

Kim glaubt nicht, dass die Transkriptionsfaktoren so programmiert sind, dass sie das Altern auslösen. Stattdessen, so spekuliert er, gerät ihre Funktion mit zunehmendem Alter der Würmer aus dem Gleichgewicht. Die Evolution wählt schließlich Gene aus, die die Fortpflanzung des Individuums unterstützen, aber sobald Organismen das Brutalter überschritten haben, unterliegen sie nicht mehr ihrer Kontrolle. "Ganze biologische Systeme driften weg, wenn es die Natur nicht mehr interessiert", bemerkt Kim. ELT-3, ELT-5 und ELT-6 mögen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung junger Würmer spielen, aber nachdem ihre Arbeit erledigt ist, könnte ihre Funktion schief gehen - und diese „Entwicklungsdrift“, wie Kim es nennt, könnte es tatsächlich sein Alterung verursachen.

Die Studie belegt nicht, dass das Altern bei Würmern nur durch Entwicklungsdrift verursacht wird, beobachtet Kennedy. Sowohl die Anhäufung von Schäden als auch die Drift könnten eine Rolle spielen, und andere genetische Schaltkreise könnten ebenfalls beteiligt sein. Aber das Papier gibt Wissenschaftlern sicherlich "etwas anderes zu überlegen, was den Alterungsprozess antreiben könnte", betont er. "Es bringt eine neue Hypothese in den Vordergrund, die detaillierter getestet werden kann."

Was könnten diese Erkenntnisse für die Menschen bedeuten? Wenn Altern in erster Linie ein genetischer Prozess ist, könnte es möglicherweise eines Tages vermeidbar sein. Noch weiß niemand, ob die menschlichen Gegenstücke zu den ELT-Genen - GATA-Transkriptionsfaktoren genannt - möglicherweise auch am normalen Altern beteiligt sind, aber es ist eine Frage, die Kim und seine Kollegen hoffentlich bald beantworten werden. "Wir wissen, wie die menschliche Entwicklung funktioniert", sagt Kim. "Jetzt müssen wir nur noch herausfinden, welche dieser Pfade bei alten Menschen nicht so gut funktionieren."

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