Kann der Alterungsprozess verzögert oder sogar rückgängig gemacht werden? Forschungen unter der Leitung des speziell ernannten Professors Jun-Ichi Hayashi von der Universität Tsukuba in Japan haben gezeigt, dass dies zumindest in menschlichen Zelllinien möglich ist. Sie fanden auch heraus, dass die Regulierung von zwei Genen, die an der Produktion von Glycin, der kleinsten und einfachsten Aminosäure, beteiligt sind, teilweise für einige der Merkmale des Alterns verantwortlich ist.
Professor Hayashi und sein Team machten diese aufregende Entdeckung, während sie sich mit einigen kontroversen Fragen rund um eine populäre Theorie des Alterns befassten.
Diese Theorie, die mitochondriale Theorie des Alterns, schlägt vor, dass altersassoziierte mitochondriale Defekte durch die Akkumulation von Mutationen in der mitochondrialen DNA kontrolliert werden. Eine abnormale mitochondriale Funktion ist eines der Kennzeichen des Alterns bei vielen Arten, einschließlich des Menschen. Dies liegt vor allem daran, dass das Mitochondrium das sogenannte Kraftwerk der Zelle ist, da es Energie in einem Prozess namens Zellatmung produziert. Schäden an der mitochondrialen DNA führen zu Veränderungen oder Mutationen in der DNA-Sequenz. Die Anhäufung dieser Veränderungen ist mit einer verkürzten Lebensdauer und einem frühen Auftreten altersbedingter Merkmale wie Gewichts- und Haarausfall, Krümmung der Wirbelsäule und Osteoporose verbunden.
Es gibt jedoch eine wachsende Zahl widersprüchlicher Beweise, die Zweifel an der Gültigkeit dieser Theorie aufkommen lassen. Insbesondere das Tsukuba-Team hat einige überzeugende Forschungsarbeiten durchgeführt, die sie zu der Annahme veranlasst haben, dass altersbedingte mitochondriale Defekte nicht durch die Anhäufung von Mutationen in der mitochondrialen DNA, sondern durch eine andere Form der genetischen Regulation kontrolliert werden. Die Forschung, die diesen Monat in der Zeitschrift Nature's Scientific Reports veröffentlicht wurde, untersuchte die Funktion der Mitochondrien in menschlichen Fibroblasten-Zelllinien, die von jungen Menschen (im Alter von einem Fötus bis zu einem 12-jährigen) und älteren Menschen (im Alter von 0 80-97 Jahre alt). Die Forscher verglichen die mitochondriale Atmung und das Ausmaß der DNA-Schäden in den Mitochondrien der beiden Gruppen und erwarteten, dass die Atmung reduziert und die DNA-Schäden in den Zellen der älteren Gruppe erhöht werden. Während die ältere Gruppe gemäß der aktuellen Theorie eine reduzierte Atmung aufwies, gab es jedoch keinen Unterschied in der Höhe der DNA-Schädigung zwischen den älteren und jungen Zellgruppen. Dies veranlasste die Forscher zu der Annahme, dass eine andere Form der genetischen Regulation, die epigenetische Regulation, für die altersbedingten Effekte in den Mitochondrien verantwortlich sein könnte.
Epigenetische Regulation bezieht sich auf Veränderungen, wie das Hinzufügen von chemischen Strukturen oder Proteinen, die die physikalische Struktur der DNA verändern, was dazu führt, dass Gene ein- oder ausgesch altet werden. Im Gegensatz zu Mutationen wirken sich diese Veränderungen nicht auf die DNA-Sequenz selbst aus. Wenn diese Theorie richtig ist, dann würde die genetische Umprogrammierung der Zellen in einen embryonalen stammzellähnlichen Zustand alle epigenetischen Veränderungen beseitigen, die mit der mitochondrialen DNA verbunden sind. Um diese Theorie zu testen, reprogrammierten die Forscher menschliche Fibroblasten-Zelllinien, die von jungen und älteren Menschen stammten, in einen embryonalen stammzellähnlichen Zustand. Diese Zellen wurden dann wieder in Fibroblasten umgewandelt und ihre mitochondriale Atmungsfunktion untersucht. Unglaublicherweise waren die altersbedingten Defekte rückgängig gemacht worden – alle Fibroblasten hatten Atemfrequenzen, die mit denen der fötalen Fibroblastenzelllinie vergleichbar waren, unabhängig davon, ob sie von jungen oder älteren Menschen stammten. Dies weist darauf hin, dass der Alterungsprozess im Mitochondrium durch epigenetische Regulation gesteuert wird, nicht durch Mutationen.
Die Forscher suchten dann nach Genen, die epigenetisch kontrolliert werden könnten, was zu diesen altersbedingten mitochondrialen Defekten führt. Es wurden zwei Gene gefunden, die die Glycinproduktion in Mitochondrien regulieren, CGAT und SHMT2. Die Forscher zeigten, dass sie durch eine Änderung der Regulation dieser Gene Defekte induzieren oder die mitochondriale Funktion in den Fibroblasten-Zelllinien wiederherstellen könnten. In einem überzeugenden Befund stellte die Zugabe von Glycin für 10 Tage zum Kulturmedium der 97 Jahre alten Fibroblasten-Zelllinie ihre Atmungsfunktion wieder her. Dies deutet darauf hin, dass die Behandlung mit Glycin die altersbedingten Atemdefekte bei älteren menschlichen Fibroblasten umkehren kann.
Diese Ergebnisse zeigen, dass entgegen der mitochondrialen Theorie des Alterns die epigenetische Regulation altersassoziierte Atmungsdefekte in menschlichen Fibroblasten-Zelllinien kontrolliert. Kann die epigenetische Regulation auch das Altern beim Menschen steuern? Diese Theorie muss noch getestet werden, und wenn sie bewiesen ist, könnte sie dazu führen, dass Glycin-Ergänzungen unserer älteren Bevölkerung ein neues Leben geben.
