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Weitere Einblicke in die Mechanismen gesunden Alterns beim Fadenwurm

C. elegans Mitochondrien in Muskeln (rot) und im Darm (grün) werden durch die Expression von mitochondrialen Proteinen mit fluoreszierenden Markern unter unterschiedlichen Promotoren visualisiert.
C. elegans Mitochondrien in Muskeln (rot) und im Darm (grün) werden durch die Expression von mitochondrialen Proteinen mit fluoreszierenden Markern unter unterschiedlichen Promotoren visualisiert. A. Schiavi, AG Ventura/IUF

Welche Mechanismen sorgen dafür, dass wir gesund altern? Wissenschaftler untersuchen das im Fadenwurm, einem in der Alternsforschung etablierten Organismus. Eine Studie liefert neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Langlebigkeit bei reduzierter Mitochondrien-Aktivität.

Die mittlere Lebenserwartung in unserer Gesellschaft nimmt weiter zu und führt uns zu der Frage: Wie kann man gesundes Altern verlängern? Dies wird auf molekularem Level in dem Modellorganismus Caenorhabditis elegans* untersucht, einem transparenten Fadenwurm mit einer Größe von ungefähr 1 mm. Er kommt häufig in der Alternsforschung zum Einsatz, weil er im Vergleich zum Menschen konservierte Gene und mit dem Alter verbundene Merkmale hat. Bisher wissen Forscher, dass Maßnahmen, die gesundes Altern fördern, typischerweise mit einer erhöhten Widerstandfähigkeit und Stressresistenz (die Fähigkeit, schädigende Einflüsse besser abzuwehren) zusammenhängen. Paradoxerweise führt das Herunterfahren von biologischen Kernprozessen, wie z.B. des Mitochondrien- (Zellkraftwerke) oder Insulin-Stoffwechsels, zu alternativen Antworten in der Zelle, die wiederum die Lebensspanne und Stressresistenz beim Fadenwurm erhöhen.

In einer Studie, die kürzlich in „EMBO Reports“ veröffentlicht wurde, hat die Arbeitsgruppe von Dr. Natascia Ventura vom IUF und der HHU in Düsseldorf erstmals untersucht, wie die verlängerte Lebensspanne von C. elegans bei reduzierter Mitochondrien-Aktivität mit der Resistenz gegenüber genotoxischem (durch Genschäden bedingten) Stress zusammenhängt. Letzterer kann z.B. durch Strahlen oder chemische Substanzen hervorgerufen werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die Reduzierung der Mitochondrien-Aktivität während der Entwicklung einen Einfluss auf die Keimbahn (Zellen, deren genetisches Material an Folgegenerationen weitergegeben werden kann) hat. Dabei wird eine Resistenz gegenüber Zellzyklus-Stopps, die durch DNS-Schäden hervorgerufen werden, und Apoptose (Zelltod) vermittelt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass dieser Mechanismus zwar somatische Zellen (alle anderen Zellen außerhalb der Keimbahn; die meisten Zellen im Körper) benötigt, aber losgelöst von der Ausbildung somatischer Widerstandsfähigkeit ist. Die C. elegans Homologe der Tumorsuppressor-Gene BRCA1 und BARD1, brc-1 und brd-1, vermitteln diese anti-apoptotischen Effekte. Für die Verlängerung der Lebensspanne bei mitochondrialem Stress sind sie nicht notwendig. Die Studie wurde in Kooperation mit Wissenschaftlern aus Köln, Norwegen und den USA durchgeführt.

„Mitochondrien sind zelluläre Funktionseinheiten (Organellen), die das nachhaltige Funktionieren von Zellen, Organen und dem gesamten Organismus grundlegend sicherstellen. Der langfristige Erhalt der mitochondrialen Funktion und Qualität ist lebenswichtig für die menschliche Gesundheit”, so der Direktor des Zentralinstituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Prof. Fritz Boege. „Wir versuchen die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die an der Verlängerung der Lebensspanne bei mitochondrialem Stress beteiligt sind. Ziel ist es, Eingriffsstrategien zu entwickeln, die uns in Zukunft erlauben können, gesundes Altern zu verlängern. Ein weiterer Aspekt, der in unserem Labor untersucht wird, sind Mitochondrien-assoziierte Erkrankungen. Dabei schauen wir uns sowohl genetisch als auch umweltbedingte Erkrankungen an, die von entwicklungs- zu altersassoziierten Krankheitsbildern reichen“, erklärt Dr. Natascia Ventura, Leiterin einer Liaison-Gruppe zwischen dem IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung und dem Zentralinstitut für Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. „Wir streben alle nach einem langen und gesunden Leben. Es wird sehr spannend sein, welche Erkenntnisse wir in Zukunft gewinnen und wie wir damit gesundes Altern voranbringen können“, ergänzt Prof. Jean Krutmann, Direktor des IUF.

IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung


Originalpublikation:

Torgovnick A, Schiavi A, Shaik A, Kassahun H, Maglioni S, Rea SL, Johnson TE, Reinhardt HC, Honnen S, Schumacher B, Nilsen H, Ventura N: BRCA1 and BARD1 mediate apoptotic resistance but not longevity upon mitochondrial stress in Caenorhabditis elegans. EMBO Rep 2018. doi: 10.15252/embr.201845856.

https://www.doi.org/10.15252/embr.201845856