Artikel zur Langlebigkeit

Wissenschaftler modifizieren Zellprozesse, um das Altern zu verzögern

Wissenschaftler modifizieren Zellprozesse, um das Altern zu verzögern
  • Wissenschaftler haben eine mögliche Lösung entdeckt, um zu verhindern, dass die Zellen während des Alterungsprozesses in dem erwarteten Tempo schrumpfen.  

  • Durch Eingriffe in die Zellalterungsmechanismen besteht die Möglichkeit, das Alterungskontrollsystem neu zu programmieren, um einen langsameren Rückgang zu fördern. 

  • Dieser Fortschritt kann zu einer deutlich verlängerten Lebensspanne der Menschheit führen.

Dieser Artikel wurde von ScienceDaily veröffentlicht

Nachdem sie die Kernmechanismen des Alterungsprozesses identifiziert hatten, haben Forscher der University of California zwei Richtungen entdeckt, denen Zellen folgen, um den Alterungsprozess voranzutreiben. Durch die Manipulation dieses festgelegten Systems besteht die Möglichkeit, den Alterungsprozess um einige Zeit zu verzögern. 

Diese Ergebnisse, veröffentlicht in Wissenschaft, erklären Sie, wie Innovationen in der synthetischen Biologie das übliche Problem der Abnutzung von Zellen im Laufe der Zeit lösen können. Dieser Prozess wird durch Veränderungen an einem Kernmerkmal aller tierischen, pflanzlichen und menschlichen Zellen ermöglicht – den Genregulationskreisläufen. 

Genregulationskreisläufe sind Teil des Rückgrats des Alterungsmechanismus. Diese komplexe Struktur besteht aus einem Netzwerk von Genen und der regulatorischen Architektur, die die Genexpression steuert. 

Stellen Sie sich die Genexpression als eine Bedienungsanleitung in Ihren Zellen vor, die steuert, wie sie funktionieren. Wenn Sie älter werden, ihre Ausdrucksmuster ändern sichdabei werden einige Gene über- oder unteraktiv, was zu altersbedingten Funktionsstörungen führt. 

„Diese Genschaltkreise können wie unsere elektrischen Schaltkreise zu Hause funktionieren, die Geräte wie Haushaltsgeräte und Autos steuern“, sagte Professor Nan Hao vom Department of Molecular Biology der School of Biological Sciences, der leitende Autor der Studie und Co-Direktor des Synthetic der UC San Diego Biologisches Institut. 

Doch während Zellen auf einem zentralen Genregulationskreislauf arbeiten, unterliegen sie nicht demselben Alterungsprozess oder derselben Zeitachse. Es ist vergleichbar mit dem Verfall eines Autos aufgrund von Motorverschleiß oder Getriebeproblemen – obwohl beides gültige Ursachen für Alterung sind, müssen sie nicht gleichzeitig auftreten, um eine Degeneration zu verursachen.  

Forscher der University of California erkannten diese Möglichkeit in der Zellstruktur. Sie entwickelten einen Prozess des „intelligenten Alterns“, der die Lebensdauer der Zellen verlängert, indem er die Verschlechterung von einem Alterungsmechanismus zum nächsten wechselt. 

Wie funktionieren Genregulationsschaltkreise? 

Wie bereits erwähnt, funktionieren Genregulationsschaltkreise ähnlich wie elektrische Schalter in Haushaltsgeräten, die sich normalerweise in zwei Zuständen befinden – ein- oder ausgeschaltet. Genschaltkreise nutzen positive Rückkopplungsschleifen, die den aktuellen Zustand verstärken und ihn stabil machen, bis ein externes Signal einen Wechsel in die alternative Form auslöst. 

Anstelle eines Kippschalters haben die Forscher dieser Studie jedoch eine negative Rückkopplungsschleife entwickelt, um das Altern zu verzögern. Dieses uhrähnliche Gerät sorgt dafür, dass Zellen zwischen den beiden Alterungszuständen hin und her wechseln und verhindert so, dass sie zu lange in einer Form stecken bleiben.  

Zur Erklärung haben die Experten die Gene, die die Zellalterung steuern, neu verkabelt. Anstatt dass diese Gene wie ein Ein-Aus-Schalter funktionieren, wie man es von Haushaltsgeräten kennt, verwandelten sie sie in eine Art biologische Uhr, die sie als „Genoszillator“ bezeichnen.  

Durch diese Anpassung verbleiben die Zellen nicht in einem potenziell schädlichen Alterungszustand, was dazu führt, dass die Zellen viel länger leben als gewöhnlich. 

„Dies ist das erste Mal, dass rechnergestützte synthetische Biologie und technische Prinzipien genutzt wurden, um Genschaltkreise rational neu zu gestalten und den Alterungsprozess neu zu programmieren, um die Langlebigkeit effektiv zu fördern“, sagte Hao. Diese Fortschritte stimulieren einen möglicherweise neuen Rekord für die Lebensverlängerung beim Menschen. 

Allerdings ist dies nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler an Genen herumbasteln, um neue Methoden zur Lebensverlängerung zu entdecken. In einem studie 2019 veröffentlicht in der Zeitschrift, Evolutionsbuchstaben, forscher experimentierten mit Würmern, um ein Insulinrezeptor-Gen zu identifizieren, das mit Wachstum und Langlebigkeit verbunden ist. Durch die Arbeit an den Insulinwegen dieser Lebewesen konnten Experten die Lebensdauer um mehr als das Doppelte der erwarteten Zeitspanne verlängern. 

Wissenschaftler haben auch genetische Funktionen zerlegt, um richtig zu verstehen, warum und wie wir so funktionieren, wie wir es tun. Forscher des Wellcome Trust-MRC Stem Cell Institute der Universität Cambridge haben identifizierte Faktoren, die die Zelldifferenzierung vorantreiben verwendung einer speziellen Methode zur Beobachtung von Stammzellen mit einem einzigen Chromosomensatz. 

Diese Experten können Antworten auf viele biologische und medizinische Funktionsfragen finden, indem sie zusammenstellen, was die Zellverkabelung ausmacht.  

Wie können genregulierende Schaltkreise den Alterungsprozess verzögern? 

Die Neuverkabelung der Genregulationsschaltkreise ist aufgrund ihres Potenzials, das Altern zu verzögern, eine bedeutende Leistung. Dieser Prozess kann die Alterung verbessern, indem er die DNA-Reparatur und zelluläre Stressreaktionen beeinflusst. Eine genetische Neuverdrahtung kann auch auf das Einsetzen von Merkmalen wie der Seneszenz abzielen und diese verzögern, wenn Zellen die Fähigkeit zur Teilung und Kontrolle verlieren. 

Forscher verstehen die Bedeutung dieser Möglichkeit. In dieser Studie folgte die Entdeckung des Genoszillators jahrelanger Forschung, in der das Team herausfand, wie sich Zellen im Laufe des Alterns entwickeln. Sie fanden heraus, dass Zellen im Laufe ihres Lebens einer Reihe molekularer Veränderungen folgen, bis sie degenerieren und sterben. 

Sie identifizierten jedoch noch etwas anderes: Zellen desselben genetischen Materials, die sich in derselben Umgebung befinden, altern manchmal auf unterschiedliche Weise. 

Einerseits altert die Hälfte der Zellen durch einen allmählichen Rückgang der Stabilität ihrer DNA, die genetische Informationen enthält. Andererseits ist Alterung auf den Verfall der Mitochondrien, der Energieproduktionseinheit der Zellen, zurückzuführen. 

„Unsere Ergebnisse stellen einen Zusammenhang zwischen der Gennetzwerkarchitektur und der zellulären Langlebigkeit her, der zu rational gestalteten Genschaltkreisen führen könnte, die das Altern verlangsamen“, stellen die Forscher in ihrer Studie fest. 

​​Während der Recherche beobachtete das Team Saccharomyces cerevisiae hefezellen als Modell menschlicher Zellen. Sie fanden heraus, dass die Neuverkabelung von Hefezellen mithilfe des synthetischen sozialen Geräts die Lebensdauer erheblich um 82 % verlängerte, verglichen mit Kontrollzellen, die unter normalen Bedingungen gealtert wurden. Dies führte zu „der ausgeprägtesten Lebensspannenverlängerung bei Hefen, die wir bei genetischen Störungen beobachtet haben.“ 

Hao beschrieb diese beeindruckende Leistung mit den Worten: „Unsere Oszillatorzellen leben länger als alle langlebigsten Stämme, die zuvor durch unvoreingenommene genetische Tests identifiziert wurden.“  

Wissenschaftliche Innovationen eröffnen neue Möglichkeiten dafür, wie wir leben und wie viel Zeit wir dafür haben. Die Forscher brachten es am besten auf den Punkt: „Unsere Arbeit stellt ein Proof-of-Concept-Beispiel dar und demonstriert die erfolgreiche Anwendung der synthetischen Biologie zur Neuprogrammierung des Zellalterungsprozesses.“ Sie fügen hinzu, dass diese Forschung „den Grundstein für die Entwicklung synthetischer Genschaltkreise legen könnte, um die Langlebigkeit komplexerer Organismen wirksam zu fördern.“ 

Verweise:

Harris SE, Riggio V, Evenden L, et al. Altersbedingte Veränderungen der Genexpression und transkriptomweite Assoziationsstudie zu körperlichen und kognitiven Alterungsmerkmalen in der Lothian Birth Cohort 1936. Altern (Albany, New York). 2017;9(12):2489-2503. doi:10.18632/aging.101333 

Lind, Mama, et al. 2019. Experimentell reduziertes Insulin/IGF1 Die Signalübertragung im Erwachsenenalter verlängert die Lebensspanne der Eltern und verbessert die darwinistische Fitness ihrer Nachkommen. Evolutionsbriefe 

Leeb M, Dietmann S, Paramor M, Niwa H, Smith A. Genetische Erforschung des Ausstiegs aus der Selbsterneuerung unter Verwendung haploider embryonaler Stammzellen. Zellstammzelle. 2014;14(3):385-393. doi:10.1016/j.stem.2013.12.008 



Älterer Eintrag Neuerer Beitrag