Ist ewige Jugend wirklich möglich?

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Zwischen Molekularbiologie und Medizin
Enkapsis

Neue Forschungergebnisse zum Thema Zellalterung und "ewige Jugend" machen die Runde.  Was genau dahinter steckt und ob man wirklich ewig jung bleiben kann, erfahrt ihr hier!

Bereits in den 30er Jahren fanden Hermann Joseph Muller und Barbara McClintock durch Experimente an der Fruchtfliege und am gewöhnlichen Mais heraus, dass deren Chromosomenenden durch spezielle Strukturen geschützt wurden, die eine Fusion der Chromosomenenden untereinander verhinderten. Diese Strukturen wurden Telomere genannt, wobei dieses Wort aus dem Griechischen stammt und "telos" Ende und "meros" Teil bedeutet.

Machen wir nun einen Sprung zum Nobelpreis für Physiologie und Medizin aus dem Jahre 2009, der sich genau mit diesen Telomeren beschäftigte. Er wurde an Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider and Jack W. Szostak für die Entdeckung "wie Chromosomen durch Telomere und das Enzym Telomerase geschützt werden" vergeben, da diese drei Wissenschaftler (natürlich mit vielen anderen zusammen) durch ihre Forschung bedeutende Erkentnisse über die Telomere hervorbrachten und somit Pionierarbeit leisteten. Wie wir nun wissen, sind Telomere bestimmte Strukturen an den Enden unserer Chromosomen, die sie nicht nur vor der Fusion mit anderen Chromosomenenden (jeder Mensch besitzt nämlich 46 Chromosomen in einer Zelle), sondern auch vor einem Informationsverlust schützen. Man kann es sich in etwa wie einen Fingerhut beim Sticken vorstellen: Er schützt den Finger vor Verletzungen. Ebenso tut es das Telomer mit dem Chromosom, da unser in Chromosomen verpacktes Erbgut geschützt werden muss.

Video 1: Bruce Stillman und Carol Greider erklären die Wichtigkeit der Forschung an Telomeren und Telomerase.

Da Zellen in unserem Körper ständig erneuert werden, müssen sich diese teilen, um so neue Nachkommen-Zellen zu produzieren. Diesen Vorgang nennt man Zellzyklus und er weist ein imminentes Problem auf, dass James Watson in den 70er Jahren als "the end replication problem" bezeichnete. Im Zellzyklus muss die DNA einer Zelle (der Mutterzelle) nämlich verdoppelt werden, damit sie an die neu enstandene Zelle (die Tochterzelle) weitergegeben werden kann. Schliesslich braucht sie diese genetische Ausstattung um zu überleben und um all die Proteine herzustellen, die der Körper und die Zelle selbst so braucht. Bei dieser DNA-Verdoppelung, der sogenannten DNA-Replikation, sind die beteiligten Enzyme und Proteine aber nicht in der Lage die komplette DNA zu verdoppeln. An bestimmten Bereichen der Chromosomen können sie dies nicht, sie lassen also ein Stück DNA aus. Wenn sich jetzt eine Zelle immer und immer wieder teilt, würde immer mehr DNA verloren gehen und die Chromosomen immer kürzer werden. Ein Teil der genetischen Information wäre dann futsch und die Zelle wäre irgendwann einmal kaputt, da sie nicht mehr richtig funktioniert. Sie erleidet dann den programmierten Zelltod, was notwendig ist, damit die Zelle nicht entartet und zu einer Krebszelle wird.

Video 2: Wie der Zellzyklus aus einer Zelle zwei macht.

Hier kommen nun die Telomere ins Spiel, die genau diesem Problem entgegenwirken. Sie werden als eine Art Hut den Chromosomenenden aufgesetzt und schützen diese so vor der Verkürzung. Aber auch sie sind nicht unzerstörbar: Telomere sind längendynamisch. Dies bedeutet, auch sie werden nachdem sich eine Zelle teilt, immer kürzer. Da sie aber lang genug sind, um viele Zellzyklen durchzustehen, braucht es schon viele Jahre, bis sie so kurz geworden sind, dass auch sie das Chromosom nicht mehr schützen können. Je älter wir werden, desto kürzer werden also unsere Telomere und desto höher ist das Risiko krank zu werden, da durch Verkürzung des Telomers ein instabiles Chromosom entsteht.

In vielen Studien wurde durchaus schon nachgewiesen, dass kurze Telomere ein Kennzeichen für Krebsentstehung sind, aber auch ein Zeichen für Zellalterung, die völlig normal für uns Menschen ist. Werden die Telomere also in ihrer Struktur beeinflusst, so kann dies zu einer genomischen Instabilität und zu chromosomalen Aberrationen führen. In beiden Fällen kann das Erbgut so beschädigt werden, das dies meistens Krankheiten zur Folge haben kann. Zudem kommt noch, dass die Telomere in ihrer Länge nicht nur vom Zellzyklus abhängen, sondern auch vom genetischen Hintergrund des Individuums und von Umweltbedingungen. Sie werden also auf vielen Wegen in ihrer Struktur und Länge beeinflusst. Interessanterweise verlieren die Telomere bei sich teilenden Zellen eines Kleinkindes mehr an Länge als bei älteren Personen. Dies hat aber keine Auswirkungen, da das Telomer in frühen Lebensjahren noch lang genug ist, je älter man aber wird, desto kürzer wird es und desto fataler können die Folgen sein.

Wir fassen zusammen: Telomere sind Strukturen an den Enden von unseren Chromosomen, die diese vor einer Verkürzung schützen, wenn sich eine Zelle teilt. Somit wird gewährleistet, dass keine genetischen Informationen in Form von DNA verloren gehen.

Kommen wir nun zum Enzym Telomerase: Dieses Enzym sorgt dafür, dass Telomere nicht verkürzt werden. Das Problem: Es ist nicht in allen Zellen unseres Körpers aktiv, sondern nur in sehr wenigen wie z.B. den Zellen, die sich zu Spermien entwickeln oder auch in den Vorläuferzellen von Stammzellen. Da unser Körper aber mehrere Hundert Zelltypen besitzt, könnte man sagen, das Enzym sei extrem uneffektiv, da es eben in den meisten Zellen die Verkürzung der Telomere nicht "bekämpft". Man könnte sich jetzt denken "entwickeln wir mal ein Medikament, dass all unsere Zellen dazu bringt, das Enzym Telomerase herzustellen". Die Telomere in allen unseren Zellen würden nicht mehr kürzer werden und man wäre für immer jung, da die Zellalterung durch Verkürzung der Chromosomen gestoppt wäre. Falsch gedacht! Da Telomerase in Tumorzellen sehr aktiv ist, ist eine erhöhte Funktion dieses Enzyms ein Zeichen für Krebs. Nicht gut! Tumorzellen besitzen die Charakteristik, dass sie sich unendlich teilen können und quasi unsterblich sind. Wäre die Telomerase nun in allen unseren Zellen aktiv, würden sie genau das gleiche Merkmal tragen, was Krebszellen besitzen.

Was nun? Wir könnten zwar durch genetische Manipulation unseren Körper dazu bringen, dass alle unsere Zellen Telomerase produzieren würden und dies würde dann unsere Telomere, die die Chromosomenende schützen, vor der Verkürzung bewaren. Andererseits aber würdern wir so die Entstehung von Krebs fördern.

Die Studie, die nun dieser Tage die Runde macht, kommt von der Harvard Medical School und lautet "Telomerase reactivation reverses tissue degeneration in aged telomerase-deficient mice". Was dort gemacht wurde, ist einfach zu erklären: Man brachte Mäuse, die kaputte Telomere besaßen, dazu, dass sie in all ihren Zellen das Enzym Telomerase herstellen. Die Anschaltung dieses Enzym reparierte die kaputten Telomere wieder und kehrte die Zellalterung um. Dies klingt schön und gut, wir sind aber noch lange nicht an dem Punkt angelangt, wo wir sagen können, wir können nun Medikamente für die ewige Jugend herstellen. Es ist sowieso absurd von Medikamenten zu sprechen, denn Medikamente sind Substanzen, die wir einnehmen, wenn wir krank sind. Alt zu werden, ist aber keine Krankheit. Es ist der natürliche Lauf der Dinge!

Erst einmal müssen nun sowieso weitere Studien durchgeführt werden, in denen der Langzeiteffekt der künstlich angeschalteten Telomerase auf den Organismus überprüft wird, schließlich wurde das in der hier erwähnten Studie nicht gemacht. Ich schätze mal, dass ein gewisser Prozentsatz von Mäusen durchaus an Krebs erkranken würde, da ja eine erhöhte Telomeraseaktivität auf Krebs hindeutet. Interessant wäre dann zu wissen, wie hoch dieser Anteil wäre. Zweitens, wenn nicht alle Mäuse an Krebs erkranken würden, müssten wir genau diese daraufhin untersuchen, wieso sie nicht krank wurden. Erstrebenswert dabei wäre zu wissen, welchen Mechanismus sie nutzen, um ein Krebsentstehung durch erhöhte Telomeraseaktivität zu unterdrücken. Hier kämen dann eventuell Proto-Onkogene ins Spiel. Dabei handelt es sich um Gene, die ein Ausarten von Zellen verhindern und unseren Körper so aktiv vor Krebs schützen.

Wie man sieht, bleibt also noch viel übrig, was erledigt werden muss. Ich bin aber durchaus gewillt daran zu glauben, dass es tatsächlich irgendwann Pillen für die ewige Jugend geben wird. Neben der Maus wird nämlich noch an einem anderen Modellorganismus geforscht, der eigentlich ein noch spannenderes Thema für die Zellalterungs-Forschung ist. Dabei geht es um den Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Stuart Kim von der Stanford University, der mit C. elegans arbeitet, hat nämlich vor kurzem in einem Video gesagt, es würde in spätestens zehn Jahren ein Medikament geben, dass unserer Zellalterung entgegenwirkt und uns "verjüngen" würde. Einerseits ist es spannend zu wissen, wie dies biologisch gesehen möglich ist, andererseits denke ich mir, wozu brauchen wir sowas?

 


 

Literatur:

  • Suzanne S. Chan, Sandy Chang, Defending the end zone: Studying the players involved in protecting chromosome ends, FEBS Letters, Volume 584, Issue 17, Telomeres, 10 September 2010, Pages 3773-3778, ISSN 0014-5793, DOI: 10.1016/j.febslet.2010.06.016.
  • Telomeres and telomerase in normal and cancer stem cells
    Jerry W. Shay, Woodring E. Wright,
    FEBS letters 10 September 2010 (volume 584 issue 17 Pages 3819-3825 DOI: 10.1016/j.febslet.2010.05.026)
  • Rosa M Marion, Maria A Blasco, Telomere rejuvenation during nuclear reprogramming, Current Opinion in Genetics & Development, Volume 20, Issue 2, Chromosomes and expression mechanisms, April 2010, Pages 190-196, ISSN 0959-437X, DOI: 10.1016/j.gde.2010.01.005.
  • Eric Gilson, Evelyne Segal-Bendirdjian, The telomere story or the triumph of an open-minded research, Biochimie, Volume 92, Issue 4, April 2010, Pages 321-326, ISSN 0300-9084, DOI: 10.1016/j.biochi.2009.12.014.
  • Teimuraz Lezhava, Chromosome and aging: genetic conception of aging, Biogerontology, Volume 2, Number 4, 253-260, DOI: 10.1023/A:1013266411263.
  • Oumar Samassekou, Macoura Gadji, Regen Drouin, Ju Yan, Sizing the ends: Normal length of human telomeres, Annals of Anatomy – Anatomischer Anzeiger, Volume 192, Issue 5, SPECIAL SECTION: NUCLEAR IMAGING, 20 September 2010, Pages 284-291, ISSN 0940-9602, DOI: 10.1016/j.aanat.2010.07.005.

Hier angesprochene Studie:

Assay zu dieser Studie bei der Nature:

 

Sebastian Reusch

Veröffentlicht von

Sebastian Reusch ist Naturwissenschaftler und studierte Biologie mit den Schwerpunkten Zell- und Entwicklungsbiologie, Genetik und Biotechnologie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Danach arbeitete er am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin an molekularbiologischen Prozessen des Immunsystems. Derzeit promoviert er am IRI Life Sciences der Humboldt-Universität zu Berlin an grundlegenden Fragen der Zellbiologie und Biochemie des Tubulin-Zytoskeletts in Stammzellen. Seine Schwerpunktthemen hier im Blog sind Molekularbiologie und Biomedizin. Twitter: @MrEnkapsis

8 Kommentare

  1. Die Telomere sind nicht schuld

    Was eine Tumorzelle so bösartig macht, das sind nicht die Telomere, sondern der Verlust der Kontaktinhibition, der Zellkommunikation, und des programmierten Zelltodes.

    Durch die Telomere werden dann solche Zellen auch noch unsterblich, was ihre Schädlichkeit deutlich erhöht.

    Die Telomere für sich alleine enthalten keine schädlichen Informationen, sondern sie stabilisieren alle Informationen, ganz gleich, was diese Informationen dann später bewirken.

    Warum will ich unsterblich werden?

    Weil ich einen Selbsterhaltungstrieb besitze.

    Wollen Sie sterben?

  2. Altern – der normale Lauf der Dinge

    Ich kann dieser Argumentation nicht folgen. Früher starben die Menschen schon mit 35, das war der normale Lauf der Dinge. Wollen wir dahin zurück? Ich nicht. Natürlich ist Altern eine Krnakheit, aber eine die uns alle befällt… deshalb erscheint sie normal.

    Und nur weil Krebszellen Telomerase herstellen heisst das nicht die Produktion von Telomerase Krebs fördert. Dies wird zwar immer wieder vermutet, wurde aber noch nie bewiesen. Eher das Gegenteil, wie auch in dieser Studie. Keine einzige Maus bekam Krebs.

    Natürlich muss hier noch viel geforscht werden, aber nicht mit Scheuklappen.

  3. So spannend die Ergebnisse auch sind, wäre ich trotzdem noch sehr zurückhaltend mit der Vorfreude. Denn das lässt sich nicht so einfach auf den Menschen übertragen, wie es den Anschein hat.
    Im Gegensatz zum Menschen exprimieren Mäuse die Telomerase konstitutiv auch in somatischen Zellen. Mäuse altern also offenbar, obwohl die Telomere lang gehalten werden. Das Experiment wurde mit Telomerase-knockout Mäusen gemacht, die ursprünglich erzeugt wurden, um im Mausmodell die Situation im Menschen nachzustellen. Blöderweise verhalten sich die Mäuse in vielen Aspekten hier nicht wie menschliche Zellen.
    Es geht noch weiter. Mutationen im WRN-Gen des Menschen führen zum Werner Syndrom, eine Progerieerkrankung, die auf erhöhte Rekombinationsereignisse an den Telomeren zurückzuführen ist. Die Patienten altern wie gesunde Menschen auch, nur alles schneller. Knockout-Mäuse des WRN-Homologs zeigen genau —nichts. Zumindest der Teil der Alterung, der mit der Verkürzung der Telomere einhergeht (und das ist sicher nicht der einzige – die langlebigen C. elegans Mutanten haben oft was mit dem Insulinstoffwechsel zu tun) unterscheidet sich also zwischen Mäusen und Menschen enorm. Entsprechend vorsichtig sollte man sein, wenn man das auf Menschen übertragen will.

    Trotzdem, wie gesagt, sehr eindrucksvolle Ergebnisse in den Mäusen. Angedacht wurde sowas natürlich schon oft, aber jetzt konnte es endlich auch mal gezeigt werden. Mit den Pillen wäre ich trotzdem noch sehr vorsichtig. Aus den Sirtuinen als Verjüngungspille ist schon mal nix geworden, die gingen einen Milliarden Dollar teuren Bach runter.

  4. @Karl Bednarik: Stimmt natürlich! Ich wollte auch nur sagen, dass der Verlust von Telomeren bzw. ihre Verkürzung und dadurch eine Schädigung der Chromosomen zu einer Transformation einer Zelle zur Krebszelle fördern kann. Eine Schädigung des Chromosoms kann dann zu den von Ihnen aufgeführten “Symptomen” führen.

    Wollen Sie sterben?

    Jetzt nicht! Ich würde gern noch ein paar Jahre leben, aber Unsterblichkeit, ich weiss nicht…Der Selbsterhaltungstrieb ist ja da, aber wenn ich an die ganzen Mutationen denke, die sich während meines Lebens in meinem Erbgut anhäufen, dann ahne ich Böses…Ich wäre dann zwar unsterblich, aber genetisch so “kaputt” (zumindest nach einer gewissen Zeit), das sich das garnicht erleben möchte!

    @Sören: Neuronen besitzen ja auch einen Zellkern und somit Chromosomen, sie würde das also rein theoretisch auch betreffen. Karl Bednarik hat dir ja schon einen guten Artikel verlinkt, dass Säugetiere durchaus neue Nervenzellen produzieren. Ich möchte noch hinzufügen, dass so viele Neuronen wieder absterben, da sie um einen spezifischen Nerven-Wachstumsfaktors konkurrieren, den die Neuronen zum Überleben brauchen. Eine überschüssige Produktion von Neuronen stellt nämlich sicher, dass das Zielgewebe mit der entsprechenden Menge an Neuronen versorgt werden kann. Die, die dann nicht mehr gebraucht werden, sterben einfach ab. Soweit ich weiß, sind die Neuronen die Zelltypen, die am längsten in unserem Körper “überleben”. Kann das jemand bestätigen? Sie müssten doch daher einen speziellen Mechanismus zur DNA-Reparatur besitzen bzw. für Zellschädigung besitzen?

    @Arnd:

    Ich kann dieser Argumentation nicht folgen

    Meiner Argumentation oder der Argumentation der Presse? Die Presse ist ja mal wieder diejenige, die diese “ewige Jugend” hyped, ich wollte hier nur klarstellen, dass dies übertrieben ist!

    Und nur weil Krebszellen Telomerase herstellen heisst das nicht die Produktion von Telomerase Krebs fördert.

    Nicht unbedingt, das ist richtig! Aber folgender Zusammenhang besteht, ich zitiere dazu aus den Papern, die ich unter dem Artikel aufgelistet habe:

    When telomerase is upregulated or reactivated in cells escaping
    crisis many outcomes are possible. For example, there can be too
    little telomerase expressed and these cells may not be able to di-
    vide long-term and they are unlikely to become robust cancer cells.

    und

    Although the telomerase was originally discovered on the basis
    of its ability to maintain telomere length, there is substantial
    evidence that telomerase has additional, non-canonical activities.
    Telomerase can be involved in the repair of DNA double-
    strand breaks. It also actively promotes cell growth by inducing
    growth related proteins. Inhibition of apoptosis (by blocking either the mitochondrial
    or the death receptor pathways) seems to be also a general
    function of hTERT although the mechanisms of this inhibition
    clearly merit additional investigation.

    Wie man sieht, kann die Telomerase also durchaus zur Krebsentstehung beitragen.

    @Alexander: Vielen Dank für deinen, wie immer sehr informativen, Kommentar! Wie kommst du mit dem Schreiben deiner Doktorarbeit voran?

  5. @Sebastian

    Tja, ich liege soweit gut in der Zeit, die Hälfte (die schwierigere mit Einleitung) ist geschafft. Anfang Januar ist dann Abgabe. Hoffentlich…

  6. Argumentation

    Mir gefaellt die art und weise, wie hier argumentiert wird nicht, da hier etwas kritisiert wird “nicht der natuerliche lauf der dinge”, ohne die kritik selbst zu hinterfragen.

    Das Problem besteht nicht, dass es schlecht waere so zu schreiben, aber es ist einfach nicht die art, wie wissenschaft die dinge sehen sollte, naemlich im gewissen masse “wertefrei”, ohne an grundsaetzen zu verweilen, nur weil es eben tradition ist beispielsweise nach 80 jahren zu sterben.

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