Trotz jahrhundertelanger Forschung und Fortschritt in der Medizin gibt es immer noch viele Rätsel, die ungelöst bleiben, vor allem das Verständnis der Ursachen des Alterns und wie wir es verlangsamen oder umkehren können.
Aber eine neue Studie, die im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht wurde, könnte endlich Antworten auf diese Fragen gefunden haben.
Forscher der Universität zu Köln haben nicht nur herausgefunden, dass die Gentranskription – der Prozess, bei dem eine Zelle eine RNA-Kopie eines DNA-Stücks erstellt – mit zunehmendem Alter schneller, aber auch ungenauer und fehleranfälliger wird, sondern sie haben das auch herausgefunden Bestimmte Prozesse könnten uns dabei helfen, diesen Rückgang umzukehren.
„Das ist bisher der einzige Heureka-Moment in meinem Leben. Ich meine, das ist eine Art von Entdeckung, die man nicht alle zwei Tage macht“, sagte Dr. Andreas Beyer, der leitende Forscher, und nannte die Ergebnisse „eine große Entdeckung“.
„Es gibt einen Sturm auf Twitter. Einige Kollegen sind sehr aufgeregt“, sagte er gegenüber Euronews Next.
Bevor Beyer und sein Team vor 10 Jahren mit ihrem Forschungsprojekt begannen, befasste sich die typische Alterungsstudie „nur mit der differenziellen Genexpression“, sagt Beyer.
Frühere Studien, erklärt er, stellten im Grunde Fragen wie „Wenn Sie älter werden, welche Gene werden aktiviert und welche Gene werden deaktiviert?“ und „Wie verändert das die Regulation bzw. den Stoffwechsel in der Zelle?“
Aber niemand fragte, wie sich der Transkriptionsprozess selbst mit zunehmendem Alter verändert, eine Fragestellung, die Erkenntnisse liefern könnte, die uns letztendlich dabei helfen könnten, den Niedergang umzukehren oder zu stoppen.
Transkription, der Schlüssel zu gesundem Altern
Die Transkription ist für die Forschung von grundlegender Bedeutung, da es sich um den Prozess handelt, bei dem eine Zelle eine RNA-Kopie eines DNA-Stücks erstellt.
Diese Kopie ist wichtig, weil sie die genetische Information trägt, die benötigt wird, um neue Proteine in einer Zelle herzustellen. Proteine bestimmen die Gesundheit und Funktion der Zellen, und Zellen strukturieren dann alle Lebewesen.
Unsere Zellen regenerieren sich ein Leben lang, „aber jede Zelle ist anders, und was sie unterscheidet, sind die unterschiedlichen Gene, die in ihr aktiviert werden“, erklärt Beyer. „Diese Aktivierung nennt man Transkription“.
Da Gene den Zellen ihren Zweck geben, muss ihre Transkription fehlerfrei sein.
„Sie müssen die richtige Menge an Transkripten für jedes Gen erstellen und eine exakte Kopie der Gensequenz haben, aber Sie müssen auch genau die Gene aktivieren, die die Zelle benötigt, um so zu funktionieren, wie sie sollte“, sagte Beyer.
Es gibt viele verschiedene Arten von Zellen im menschlichen Körper: Nervenzellen, Muskelzellen, Blutzellen, Hautzellen und so weiter. Und weil jede Zelle eine andere Funktion erfüllt, wird in jedem Zelltyp ein anderer Satz von Genen aktiviert (transkribiert).
Die „Maschine“, wie Beyer sie nennt, die für die Herstellung der Transkriptionskopie der Gensequenzen verantwortlich ist, heißt Pol II (RNA-Polymerase II).
Und sein Team entdeckte, dass der Transkriptionsprozess mit zunehmendem Alter schneller wird und diese beschleunigte Transkription dazu führt, dass Pol II mehr Fehler macht, was zu im Wesentlichen „schlechten“ Kopien führt, die zu zahlreichen Krankheiten führen können.
„Wenn Pol II zu schnell wird, macht es mehr Fehler, und dann ist die Sequenz nicht mehr identisch mit der Genomsequenz. Die Folgen sind ähnlich wie bei Mutationen im Genom selbst“, sagt Beyer.
Schlechte Zellkopien stoppen, der zweite große Durchbruch
Frühere Forschungen hatten bereits bewiesen, dass eine kalorienarme Ernährung und die Hemmung der Insulinsignalisierung – das Blockieren des Signals zwischen Insulin und Zellen – bei vielen Tieren das Altern verzögern und die Lebensdauer verlängern kann. In ihren Experimenten wollte Beyers Team herausfinden, ob diese Auswirkungen haben, um die Geschwindigkeit von Pol II zu verlangsamen und die Anzahl fehlerhafter Kopien zu reduzieren.
Die Untersuchung – eine gemeinsame Zusammenarbeit von 26 Personen aus sechs verschiedenen Labors – arbeitete zunächst mit Würmern, Mäusen und Fruchtfliegen, die genetisch verändert wurden, um die Insulinsignalisierung zu hemmen, sowie mit Mäusen mit kalorienarmer Ernährung, um die Leistung der Zelltranskription im Alter zu bestimmen . In beiden Fällen reagierte und reiste Pol II langsamer und machte weniger Fehler.
Beyer und sein Team verfolgten dann das Überleben von Fruchtfliegen und Würmern, die die Mutation trugen, die Pol II verlangsamte, und die Tiere lebten 10 bis 20 Prozent länger als ihre nicht mutierten Gegenstücke.
Als die Forscher die Mutationen in Würmern durch Gen-Editierung umkehrten, verkürzte sich die Lebensdauer der Tiere, was einen kausalen Zusammenhang herstellte.
Um ihr Experiment am Menschen zu testen, arbeiteten sie mit Blutproben von jungen und alten Menschen.
„Und als wir die jungen Zellen in vitro mit den sehr alten Zellen verglichen, haben wir genau die gleichen Ergebnisse erhalten“, sagte Argyris Papantonis, einer der Hauptforscher, gegenüber Euronews Next.
Die artenübergreifenden Ergebnisse bestätigen, dass es sich „wirklich um ein allgemeines Phänomen handelt, das für das Altern gilt, und nicht nur spezifisch für das einzelne Modell von beispielsweise Fliegen“, sagte Beyer.
„Unsere Studie besagt, dass beispielsweise eine gesunde Ernährung oder diese kalorienreduzierende Intervention die Qualität der Transkription der RNA-Produktion in der Zelle verbessern würde. Und das hätte dann langfristig wohltuende Auswirkungen auf die Zellen.“
Die Ergebnisse könnte dazu beitragen, die Manifestation von Krebs zu verhindern, bemerkt Papantonis, da „es aufgrund von Fehlern eine späte Krankheit ist. Das Einschränken von Fehlern könnte eine Möglichkeit sein, das Auftreten von Krebs oder Krankheiten im fortgeschrittenen Alter einzuschränken.“
Sie können uns auch ermöglichen, „das Altern besser zu verstehen, besser zu verstehen, was passiert, wenn wir älter werden“ und letztendlich „Interventionen besser zu verstehen, was meiner Meinung nach neue Möglichkeiten eröffnet, das Altern zu verzögern oder ein gesundes Altern zu fördern“, sagte Beyer.