Ein „Anti-Ageing“-Protein, das nachweislich das Zellwachstum verlangsamt, ist der Schlüssel zur Langlebigkeit – neue Forschung

Die Menschen leben länger als je zuvor. Doch neben diesen Zunahmen in der Lebenserwartung nimmt auch das Auftreten altersbedingter Krankheiten wie Krebs und Demenz zu

Charalampos (Babis) Rallis, University of Essex
Aber das Verständnis der Biologie des Alterns und die Kenntnis der Gene und Proteine, die an diesen Prozessen beteiligt sind, wird uns helfen, unsere „Gesundheitsspanne“ zu verlängern – die Zeitspanne, in der Menschen in einem gesunden und produktiven Zustand ohne altersbedingte Krankheiten leben können.

In einer kürzlich durchgeführten Studie hat unser Team ein neuartiges Anti-Ageing-Protein namens Gaf1 identifiziert. Wir fanden heraus, dass Gaf1 den Proteinstoffwechsel kontrolliert, ein Prozess, der mit dem Altern und zahlreichen Krankheiten in Verbindung gebracht wird. Wir fanden auch heraus, dass Zellen ohne Gaf1 eine kürzere Lebensspanne haben.

Alterung und Ernährung

Das Altern ist ein komplexer Prozess und hängt sowohl von Genen als auch von Umweltfaktoren wie der Ernährung ab. Es ist allgemein bekannt, dass kalorienreduzierte Diäten die Lebensdauer verlängern können. Dies gilt für eine Vielzahl von Organismen, einschließlich Hefen, Ratten und Affen. Kurzzeitstudien deuten darauf hin, dass sie auch die Gesundheit des Menschen verbessert.

Inzwischen ist den Wissenschaftlern jedoch klar, dass möglicherweise eher die Menge bestimmter Nährstoffe – wie z. B. Aminosäuren (die Bausteine der Proteine) – mit der Langlebigkeit in Zusammenhang steht, als die Menge der aufgenommenen Kalorien.

Die Zellen nehmen die Menge der Nährstoffe in ihrer Umgebung durch spezifische Verbindungen in ihrem Inneren wahr. Eines dieser Moleküle ist das Ziel des Enzyms Rapamycin, auch als TOR bekannt. Das TOR/mTOR, (mammalian Target of Rapamycin/Ziel des Rampamycin im Säugetier), spürt die Menge an Aminosäuren auf, die im Körper vorhanden und für die Zellen verfügbar sind.

Wenn diese kleinsten lebenden Einheiten aller Organismen viele Aminosäuren enthalten, optimiert das TOR-Enzym ihren Stoffwechsel und weist die Zellen an, zu wachsen, indem es viele Proteine herstellt. Dieser Prozess wird Protein-Translation genannt.

Aber wenn die Aminosäuren begrenzt sind, weist TOR den Körper an, in Alarmbereitschaft zu sein – ein Zustand, den Wissenschaftler als „milde Stressreaktion“ bezeichnen. Wir wissen jetzt, dass diese „Stressreaktion“ für die Zellen und den Wirtsorganismus insgesamt vorteilhaft ist, während eine erhöhte Proteintranslation und ein erhöhter Proteinumsatz nachteilig ist. Der Grund dafür ist, dass die Langlebigkeit eng mit der Fähigkeit eines Organismus zusammenhängt, internen und externen Stress effektiv zu bewältigen. Eine Zelle, die „in Alarmbereitschaft“ ist, kommt besser damit zurecht. Eine Zelle, die in Proteintranslation und damit in Wachstum investiert, senkt ihre Abwehrkräfte und kann Stress nicht so effektiv bewältigen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie analysierten Wissenschaftler zum Beispiel den Umsatz von Proteinen innerhalb der Zellen verschiedener Tiere mit einer Lebensdauer von vier bis 200 Jahren. Sie stellten fest, dass die länger lebenden Tiere im Vergleich zu kurzlebigen Tieren einen geringeren Proteinumsatz und Energiebedarf innerhalb ihrer Kompartimente haben.

Nacktmull bei der Nahrungsaufnahme (Public Domain)
Nacktmulle haben einen geringeren Proteinumsatz im Vergleich zu Mäusen, die eine kurze Lebensspanne haben (Public Domain).

DNA trägt unsere genetische Information. Gene sind Teile der DNA, und viele von ihnen sind für die Herstellung von Proteinen verantwortlich. Damit ein Protein hergestellt werden kann, muss die Zelle eine Kopie (mRNA genannt) des entsprechenden Gens herstellen, und zwar durch einen Prozess, der als Transkription bezeichnet wird. Die mRNA leitet die Ribosomen der Zelle in der Reihenfolge an, in der die Aminosäuren miteinander verbunden werden müssen, um Proteine zu bilden.

Neben der mRNA und den Ribosomen benötigt die Zelle auch Energie in Form von ATP, Aminosäuren und tRNAs (kleine Moleküle, die die Aminosäuren zu den Ribosomen transportieren) für die Proteinübersetzung. Die Übersetzung erfordert eine Menge Energie für eine Zelle, und jede Zelle benötigt möglicherweise Zehntausende von Ribosomen, um ihre Proteine zu übersetzen.

Je mehr Nahrung die Zelle hat, desto aktiver ist das TOR-Enzym – und weist so die Zelle an, zu wachsen und sich zu teilen, was Proteintranslation und Energieaufwand erfordert. Im Gegenteil, wenn TOR inaktiv ist (wie es bei einer Ernährungseinschränkung geschieht), stoppt es die Translation, indem es vorhandene Ribosomen an der Funktionsfähigkeit hindert. Sie stoppt auch die Produktion neuer Ribosomen.

Gaf1 und Alterung

Wir haben vor kurzem neue Funktionen des Gaf1-Proteins entdeckt. Gaf1 ist ein Transkriptionsfaktor, das heißt, es ist ein Protein, das an die DNA der Zelle binden und bestimmte Gene aktivieren oder unterdrücken kann. Wenn TOR aktiv ist, befindet sich Gaf1 im Zytoplasma der Zelle und bindet nicht an die DNA. Wenn TOR jedoch durch Diät oder Medikamente inaktiviert wird, kann Gaf1 in den Zellkern wandern und bindet an die DNA.

Unser Team fand heraus, dass Gaf1, wenn es an DNA bindet, alle Gene stoppt, die für die Herstellung von tRNAs verantwortlich sind. Es stoppt auch andere Gene, die für die Übersetzung benötigt werden, z.B. diejenigen, die für die Herstellung von Ribosomen verantwortlich sind. Dies geschieht durch die Kontrolle eines Netzwerks von Genen, die für die Bereitstellung aller Bausteine für die Herstellung von Proteinen verantwortlich sind. Das bedeutet, dass Gaf1 dafür sorgt, dass die Zelle keine Energie mehr für die Translation aufwendet, indem es sie daran hindert, die für diesen Prozess erforderlichen Komponenten herzustellen. Dies ist jedoch nur vorübergehend und kann sich umkehren, sobald Aminosäuren verfügbar sind.

Wir haben auch festgestellt, dass Zellen, denen Gaf1 fehlt, kurzlebig sind. Wie bereits erwähnt, signalisiert TOR den Zellen, zu wachsen, was zu ihrer Alterung beiträgt. Wenn TOR jedoch durch Ernährungseinschränkungen oder Medikamente gehemmt wird, kommt das Wachstum zum Stillstand und die Lebensdauer wird verlängert. Ohne Gaf1 wird das Wachstum nicht gestoppt und die beobachtete Verlängerung der Lebensspanne findet nicht vollständig statt. Mit anderen Worten, wir haben ein Molekül gefunden, das einige der vorteilhaften Wirkungen der Ernährungseinschränkung vermittelt.

Obwohl sich unsere Studie speziell mit Hefe befasste, existieren Proteine, die Gaf1 ähnlich sind, in vielen Tieren, einschließlich des Menschen – und es hat sich gezeigt, dass sie unsere Entwicklung und die Stammzellen kontrollieren, die beide wichtig sind, wenn sich Krankheiten wie Krebs entwickeln. Es ist möglich, dass diese Proteine beim Menschen die gleiche Funktion haben wie Gaf1 in der Hefe.

Die TOR-Funktion, das Zellwachstum und die Proteinproduktion sind wichtig für unsere Physiologie und Gesundheit, können aber auch zur Entstehung bestimmter Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer beitragen. Unsere Studie hat gezeigt, wie die Einschränkung der Ernährung bis hinunter zu den Genen der Zelle kontrolliert wird. Wenn wir dies wissen, können wir untersuchen, wie bestimmte Medikamente oder Diäten die Funktion dieser Faktoren zu unserem Vorteil beeinflussen können – was vielleicht sogar unsere Gesundheitsspanne vergrößern könnte.

Charalampos (Babis) Rallis, Dozent für Zelluläre Alterung, University of Essex

Dieser Artikel wird aus The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz wiederveröffentlicht. Die deutsche Übersetzung durch den W3Punk.de ist vom Autor autorisiert. Lesen Sie hier den Originalartikel.

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Charalampos (Babis) Rallis erhält Mittel von der Royal Society.

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Update: 31. Mai 2020 @ 21:42
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