Biowissenschaftler der UCLA haben ein Gen identifiziert, das den Alterungsprozess verlangsamt. Die Studie hat auch Auswirkungen auf den Menschen.
Die Biologen, die mit Fruchtfliegen arbeiteten, aktivierten ein Gen namens PGC-1, welches die Aktivität der Mitochondrien erhöht, den kleinen Kraftwerken in den Zellen, die das Zellwachstum steuern und der Zelle sagen, wann diese leben oder sterben soll.
„Wir nahmen dieses Gen und erhöhten seine Aktivität in unterschiedlichen Zellen und Geweben der Fliege und fragten uns, ob dies den Alterungsprozess beeinflusst“, so David Walker, Assistenzprofessor für integrative Biologie und Physiologie an der UCLA und leitender Autor der Studie. „Wir entdeckten, dass sich das Leben der Fliege bedeutend verlängerte, wenn wir das PGC-1 im Darm der Fliege verstärkten. Wir testeten das auch bei Neuronen, Muskeln und anderen Gewebetypen und konnten dort keine Lebensverlängerung feststellen. Das zeigte uns, dass es etwas Wichtiges im Verdauungstrakt geben musste.“
Die Forschungsarbeit wurde in der aktuellen Onlineausgabe von Cell Metabolism veröffentlicht, dem führenden Medium in diesem Bereich, und wird auch in einer der kommenden Druckausgaben erscheinen. Die Co-Autoren stammen aus Walkers Labor, dem Salk Institute for Biological Studies in La Jolla in Kalifornien und der Abteilung für Biologie an der UC San Diego.
„Weil wir dieses eine Gen in diesem bestimmten Gewebe – dem Darm – aktivierten, lebte die Fliege länger. Wir verlangsamten das Altern des Darms und das hatte einen positiven Effekt auf das gesamte Tier“, sagte Walker, ein Mitglied des Instituts für Molekularbiologie an der UCLA. „Unsere Studie zeigt, dass zunehmende Aktivität des Gens PGC-1 im Darm das Altern verlangsamen kann und zwar sowohl auf zellularer Ebene als auch beim gesamten Tier.“
Die Biologen verzögerten das Altern des Verdauungstrakts der Fliege und verlängerten zugleich ihr Leben um bis zu 50 Prozent.
Fruchtfliegen, oder auch Drosophila melanogaster genannt, haben eine Lebensspanne von etwa zwei Monaten. Bereits nach einem Monat zeigen sie erste Anzeichen von Alterung und werden langsamer, weniger aktiv und sterben schließlich, erklärt Walker. Sie sind ein großartiges Versuchstier, um den Alterungsprozess zu untersuchen, sagte er, denn die Wissenschaftler kennen jedes einzelne ihrer Gene und können bestimmte Gene einzeln an- und ausschalten.
Welchen Einfluss hat diese Studie auf den menschlichen Alterungsprozess?
„Wir alle denken, dass man das Herz und das Gehirn schützen muss, doch der Darm ist ein sehr wichtiger Gewebetyp für ein gesundes Altern“, so Walker. „Wenn mit den Mitochondrien in diesen Zellen etwas falsch läuft, kann dies verheerende Folgen für andere Gewebetypen und Organe haben. Der Darm ist nicht nur unerlässlich für die Nährstoffaufnahme – die grundlegende Energiequelle – sondern ist ebenso eine wichtige Barriere, die uns vor Toxinen und Pathogenen in unserer Umgebung schützt. Der Darm muss also gut gewartet werden.“
„Noch weiß niemand genau, was den Alterungsprozess auf zellularer oder geweblicher Ebene verursacht“, so Walker. „Wenn wir altern, werden unsere Mitochondrien weniger effizient und aktiv. Dies hat weitreichende Auswirkungen, denn wenn unsere Mitochondrien nachlassen, werden möglicherweise alle unsere zellularen Funktionen geschwächt. Trotzdem ist es eine gefährliche Sache zu behaupten ‚Das ist der Grund für das Altern‘.“
Das Gen PGC-1 aktiviert die Aktivität der Mitochondrien der Zelle und steuert die Mitochondrienaktivität bei Säugetieren und Fliegen. Dieses Gen ist ein möglicher Angriffspunkt für Medikamente, die alterungsbedingte Krankheiten bekämpfen sollen, so Walker.
Die Studie wirft die Frage auf, ob eine Steigerung der Mitochondrienaktivität eine wirksame Strategie zur Verzögerung des Alterns ist. Wenn ja, dann könnte das PGC-1-Gen der Schlüssel dafür sein, meint Walker.
Die erste Frage, die sich Walker und seine Kollegen stellten, war, ob die Fruchtfliegenvariante von PGC-1 die selbe Funktion wie bei Säugetieren besitzt. Sie fanden heraus, dass dies so ist.
Die Biologen erhöhten das Expressionslevel der Fruchtfliegenversion von PGC-1 und fanden heraus, dass dies die Mitochondrien aktiver macht. Dann untersuchten sie, ob ein Anstieg der PGC-1-Aktivität das Altern verlangsamt und wiederum wurden sie bestätigt, als sie sich auf den Darmtrakt der Fliege konzentrierten.
Wie frühere Untersuchungen bereits ergeben hatten, ist der Darm der Fruchtfliege von adulten Stammzellen besiedelt. Die Biologen fragten sich deswegen auch, was passieren würde, wenn sie mithilfe genetischer und molekularer Werkzeuge die PGC-1-Expression nur innerhalb dieser Stammzellen und ihrer unmittelbaren „Tochterzellen“ verstärken würden.
„In Zusammenarbeit mit einer Stammzellengruppe am Salk Institute for Biological Studies erhöhten wir die Genexpression nur innerhalb der Stammzellen und ihrer unmittelbaren Tochterzelltypen und fanden heraus, dass dies wirksam war, um die Lebensdauer der Fliegen zu verlängern“, so Walker, der die zugrundeliegenden Mechanismen des Alterungsprozesses untersuchte.
Wie die neue Studie außerdem zeigt, verzögert ein Anstieg von PGC-1 bei der Fruchtfliege das Einsetzen zellularer Veränderungen im Darm und baut somit eine Verbindung zwischen Mitochondrien, Stammzellen im Gewebe und dem Altern auf.
„Viele Wissenschaftler untersuchen die Krankheiten des Alterns und jeder tut dies auf seine Weise“, sagte Walker. „Eine Gruppe untersucht Alzheimer, eine andere Gruppe kardiovaskuläre Erkrankungen, eine Weitere untersucht Krebserkrankungen. Jeder hat verschiedene Ansätze. Wir wählen nicht eine einzelne dieser Alterskrankheiten aus. Wir erforschen den Alterungsprozess selbst. Altern ist der größte Risikofaktor für die meisten Krebsarten, Herzerkrankungen, Alzheimer, Parkinson und viele andere Krankheiten.“
Zu den Co-Autoren dieser Studie gehören Michael Rera, Postdoktorand in Walkers Labor, Sepehr Bahadorani, ein früherer Postdoktorand in Walkers Labor und Jaehyoung Cho, ebenfalls früher ein Postdoktorand in seinem Labor.
Walkers Forschung wurde finanziert von den National Institutes of Health und der Ellison Medical Foundation. Walker ist „New Scholar in Aging“ bei der Ellison Medical Foundation.
Quelle: http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/ucla-biologists-slow-the-aging-218517.aspx
(SOM)
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