Artikel zur Langlebigkeit

Forscher entdecken zwei Schlüsselwege des Alterns

forscher entdecken zwei neue Mechanismen des Alterungsprozesses
  • Forscher entdeckten zwei Schlüsselpfade, die Zellen während des Alterns durchlaufen, sowie eine neue Möglichkeit, diese Pfade genetisch zu programmieren, um die Lebensdauer zu verlängern. 

  • Etwa die Hälfte aller Zellen altern durch einen Rückgang der Stabilität des Nukleolus, während die andere Hälfte aufgrund einer mitochondrialen Dysfunktion altert.

  • Die Zellen wählen früh im Leben entweder den nukleolären oder den mitochondrialen Weg und folgen diesem bis zu ihrem Tod.

  • Die Forscher fanden einen Leitschaltkreis, der diese Alterungspfade steuert.

  • Mithilfe von Computersimulationen programmierte diese Studie den molekularen Hauptschaltkreis neu, indem sie seine DNA veränderte, wodurch genetisch ein neuer Alterungspfad zur Verlängerung der Lebensdauer geschaffen wurde.

Dieser Artikel wurde in den UC San Diego News veröffentlicht: 

Molekularbiologen und Bioingenieure der University of California in San Diego haben die Schlüsselmechanismen hinter den Geheimnissen des Alterns entschlüsselt. Sie isolierten zwei unterschiedliche Wege, die Zellen während des Alterns durchlaufen, und entwickelten einen neuen Weg, diese Prozesse genetisch zu programmieren, um die Lebensdauer zu verlängern.

Die Forschung wird am 17. Juli in der Zeitschrift Science beschrieben.

Unsere Lebensspanne als Mensch wird durch die Alterung unserer einzelnen Zellen bestimmt. Um zu verstehen, ob verschiedene Zellen gleich schnell und aus derselben Ursache altern, untersuchten die Forscher die Alterung der aufkeimenden Hefe Saccharomyces cerevisiae, einem nachvollziehbaren Modell zur Untersuchung von Alterungsmechanismen, einschließlich der Alterungspfade von Haut und Stammzellen.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass Zellen desselben genetischen Materials und in derselben Umgebung auf bemerkenswert unterschiedliche Weise altern können und ihr Schicksal sich über unterschiedliche molekulare und zelluläre Flugbahnen entfaltet. Mithilfe von Mikrofluidik, Computermodellierung und anderen Techniken fanden sie heraus, dass etwa die Hälfte der Zellen durch einen allmählichen Rückgang der Stabilität des Nukleolus altern, einer Region der Kern-DNA, in der Schlüsselkomponenten proteinproduzierender „Fabriken“ synthetisiert werden. Im Gegensatz dazu altert die andere Hälfte aufgrund einer Funktionsstörung ihrer Mitochondrien, den Energieproduktionseinheiten der Zellen.

Die Zellen beschreiten früh im Leben entweder den nukleolären oder den mitochondrialen Weg und folgen diesem „Alterungsweg“ während ihrer gesamten Lebensspanne bis hin zum Verfall und Tod. Im Herzen der Steuerung fanden die Forscher einen Master-Schaltkreis, der diese Alterungsprozesse steuert.

„Um zu verstehen, wie Zellen diese Entscheidungen treffen, haben wir die molekularen Prozesse identifiziert, die jedem Alterungsweg zugrunde liegen, und die Verbindungen zwischen ihnen. Dabei haben wir einen molekularen Schaltkreis entdeckt, der die Zellalterung steuert, analog zu elektrischen Schaltkreisen, die Haushaltsgeräte steuern“, sagte Nan Hao, leitender Autor von der Studie und außerordentlicher Professor in der Abteilung für Molekularbiologie der Abteilung für Biowissenschaften.

Nachdem Hao und seine Co-Autoren ein neues Modell der Alterungslandschaft entwickelt hatten, stellten sie fest, dass sie den Alterungsprozess manipulieren und letztendlich optimieren konnten. Computersimulationen halfen den Forschern, den molekularen Hauptschaltkreis durch Modifizierung seiner DNA neu zu programmieren, was es ihnen ermöglichte, genetisch einen neuartigen Alterungsweg zu schaffen, der eine dramatisch verlängerte Lebensdauer mit sich bringt.

„Unsere Studie eröffnet die Möglichkeit, Therapien auf Gen- oder Chemikalienbasis rational zu entwickeln, um die Art und Weise, wie menschliche Zellen altern, neu zu programmieren, mit dem Ziel, das Altern des Menschen effektiv zu verzögern und die Gesundheit des Menschen zu verlängern“, sagte Hao.

Die Forscher werden ihr neues Modell nun in komplexeren Zellen und Organismen und schließlich in menschlichen Zellen testen, um nach ähnlichen Alterungswegen zu suchen. Sie planen außerdem, chemische Techniken zu testen und zu bewerten, wie Kombinationen von Therapeutika und Arzneimittelcocktails den Weg zu einem längeren Leben weisen könnten.

„Ein Großteil der in dieser Arbeit vorgestellten Arbeiten profitiert von einem starken interdisziplinären Team, das zusammengestellt wurde“, sagte Lorraine Pillus, Professorin für Molekularbiologie in den Biowissenschaften, eine der Mitautoren der Studie. „Ein großartiger Aspekt des Teams besteht darin, dass wir nicht nur die Modellierung durchführen, sondern anschließend auch experimentieren, um festzustellen, ob das Modell korrekt ist oder nicht. Diese iterativen Prozesse sind entscheidend für die Arbeit, die wir leisten.“

Diese Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft im Juli 2020. 



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