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Enzym, das dafür bekannt ist, Krebs zu fördern, und nachweislich auch gesunde Zellen schützt

Enzym, das dafür bekannt ist, Krebs zu fördern, und nachweislich auch gesunde Zellen schützt

UMD-Forscher entdeckten, dass Telomerase, die Krebszellen „unsterblich macht“, auch Tumoren vorbeugt und ein Schlüsselstadium des normalen Zelltods verlangsamt.

Neue Forschungsergebnisse der University of Maryland und der National Institutes of Health zeigen eine neue Rolle des Enzyms Telomerase. Die einzige bekannte Rolle der Telomerase in normalem Gewebe bestand darin, bestimmte Zellen zu schützen, die sich regelmäßig teilen, wie z. B. embryonale Zellen, Samenzellen, adulte Stammzellen und Immunzellen. Wissenschaftler gingen davon aus, dass die Telomerase in allen anderen Zellen ausgeschaltet sei, mit Ausnahme von Krebstumoren, wo sie die unbegrenzte Zellteilung fördert.

Die neue Studie ergab, dass die Telomerase in normalen erwachsenen Zellen an einem kritischen Punkt des Alterungsprozesses reaktiviert wird. Kurz vor dem Zelltod schützt ein Telomerase-Ausbruch die Zellen vor den Belastungen des Alterungsprozesses, verlangsamt den Prozess und reduziert DNA-Schäden, die zu Krebs führen könnten. Die Studie wurde am 2. September 2019 in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht.

„Diese Studie verändert das aktuelle Verständnis der Funktion von Telomerase in normalen Zellen“, sagte Kan Cao, leitender Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Zellbiologie und Molekulargenetik an der UMD. „Unsere Arbeit zeigt zum ersten Mal, dass die Telomerase in erwachsenen Zellen über die Förderung der Tumorbildung hinaus eine Rolle spielt. Wir können jetzt sagen, dass die regulierte Aktivierung der Telomerase an einem kritischen Punkt im Lebenszyklus einer Zelle eine wichtige Funktion erfüllt.“

Telomerase verhindert die Verkürzung von Telomeren – einer speziellen DNA-Proteinstruktur am Ende der Chromosomen einer Zelle, die die Chromosomen vor Schäden schützt. Telomerase spielt eine entscheidende Rolle während der Embryonalentwicklung und Stammzelldifferenzierung, wenn sich Zellen häufig teilen. In normalen erwachsenen Zellen ist die Telomerase ausgeschaltet und die Telomere verkürzen sich bei jeder Zellteilung, bis sie eine kritische Länge erreichen. Bei einer kritischen Telomerlänge hören die Zellen auf, sich zu teilen, und sterben entweder ab oder erleiden DNA-Schäden, die zu bösartigen Erkrankungen führen können.

Vor dieser neuen Arbeit gingen Wissenschaftler davon aus, dass die Telomerase-Expression in den meisten erwachsenen Zellen nur zu einer unbegrenzten Zellteilung führen könnte, wie sie bei Krebstumoren beobachtet wird.

Cao und ihre Kollegen vermuteten, dass Telomerase in erwachsenen Zellen eine Funktion haben könnte, als sie im Labor dramatische Unterschiede zwischen Geschwistermäusen mit verkürzten Telomeren beobachteten. Bei den Mäusen handelte es sich um Nachkommen von Wildtyp-Mäusen und genetisch veränderten Mäusen, die über viele Generationen gezüchtet worden waren und nicht über die Fähigkeit verfügten, Telomerase zu produzieren. Alle Geschwister hatten ungewöhnlich kurze Telomere, aber die Forscher fanden heraus, dass Mäuse, die das Gen zur Produktion von Telomerase nicht von ihrem Wildtyp-Elternteil geerbt hatten, eine kürzere Lebensdauer, fortschreitende Gewebeatrophie und spontane Krebserkrankungen aufwiesen.

Um zu verstehen, was vor sich ging, verglichen Cao und ihre Kollegen die Hautzellen der Geschwistermäuse und stellten fest, dass beide Zelllinien zwar vergleichsweise kurze Telomere hatten, Zellen von Mäusen mit Telomerasemangel jedoch früher aufhörten, sich zu teilen, und mehr bösartige Veränderungen aufwiesen als Zellen von Geschwistermäusen produzierte Telomerase.

Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass Hautzellen von Mäusen ohne Telomerase-Mangel, wenn sie sich der kritischen Telomerlänge näherten, auf natürliche Weise einen Telomerase-Ausstoß erzeugten, der den Prozess der Telomerverkürzung verlangsamte und das Ausmaß der DNA-Schäden reduzierte, die zu Krebs führen könnten. Laut Cao deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Expression von Telomerase gegen Ende der Lebensspanne einer Zelle die Auswirkungen des Alterns abmilderte und zu einem allmählicheren Zelltod führte.

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Reaktivierung des Gens zur Expression von Telomerase in den Telomerase-defizienten Zellen diese rettete, ihre Teilungsfähigkeit verlängerte und DNA-Schäden reduzierte.

Um herauszufinden, ob das, was sie bei Mäusen beobachteten, auch auf den Menschen zutrifft, führte das Team Laborstudien an menschlichen Hautzellen durch. Die Forscher fanden heraus, dass auch menschliche Zellen Telomerase exprimierten, wenn sie sich der kritischen Telomerlänge näherten. Darüber hinaus erreichten menschliche Hautzellen, die keine Telomerase exprimieren konnten, schneller die kritische Telomerlänge und zeigten deutlich mehr DNA-Schäden als solche, die Telomerase exprimierten.

Cao sagte, dass der nächste Schritt für Forscher darin besteht, herauszufinden, wie die Telomerase-Expression aktiviert wird, wenn sich Zellen der kritischen Telomerlänge nähern, und die zugrunde liegenden Mechanismen zu erforschen, durch die Telomerase als Puffer gegen die Belastungen durch die Verkürzung der Telomere fungiert.

Der Artikel wurde erstmals auf EurekAlert.org veröffentlicht

Studie veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2019)

 



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