Zellalterung kann durch Oxidationsmittel verlangsamt werden
Weniger Nahrung verlängert das Leben
Bei hohen Konzentrationen sind reaktive Sauerstoffspezies - so genannte Oxidantien - schädlich für die Zellen aller Organismen und wurden mit der Alterung in Verbindung gebracht. Aber eine Studie der Chalmers University of Technology, Schweden, hat jetzt gezeigt, dass niedrige Konzentrationen des Oxidationsmittels Wasserstoffperoxid ein Enzym stimulieren können, das hilft, die Alterung von Hefezellen zu verlangsamen.
Hefe kann sowohl auf festem als auch auf flüssigem Nährmedium angebaut werden und ist ein gutes Modellsystem zur Untersuchung der Alterung. Hefezellen teilen viele molekulare Mechanismen mit Zellen in komplexeren Organismen, dennoch ist es einfach, ihre DNA zu verändern und die Funktionen verschiedener Gene zu studieren. Hefe produziert auch viele Generationen in kurzer Zeit.
Martina Butorac/Chalmers University of Technology
Ein Vorteil von Antioxidantien, wie den Vitaminen C und E, besteht darin, dass sie reaktive Sauerstoffspezies - so genannte Oxidantien - neutralisieren, die sonst mit wichtigen Molekülen im Körper reagieren und ihre biologischen Funktionen zerstören könnten. Größere Mengen an Oxidantien können z.B. DNA, Zellmembranen und Proteine ernsthaft schädigen. Unsere Zellen haben daher starke Abwehrmechanismen entwickelt, um diese Oxidantien, die in unserem normalen Stoffwechsel gebildet werden, loszuwerden.
Früher glaubte man, dass Oxidantien nur schädlich seien, aber seit kurzem verstehen wir, dass sie auch positive Funktionen haben. Nun zeigt die neue Forschung der Chalmers University of Technology, dass das bekannte Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid tatsächlich die Alterung von Hefezellen verlangsamen kann. Wasserstoffperoxid ist eine Chemikalie, die u.a. zur Haar- und Zahnaufhellung verwendet wird. Es ist auch eines der in unserem Stoffwechsel gebildeten Oxidationsmittel, das in höheren Konzentrationen schädlich ist.
Weniger Nahrung verlängert das Leben
Die Chalmers-Forscher untersuchten das Enzym Tsa1, das zu einer Gruppe von Antioxidantien namens Peroxiredoxine gehört.
"Frühere Studien dieser Enzyme haben gezeigt, dass sie an der Abwehr von Hefezellen gegen schädliche Oxidantien beteiligt sind", sagt Mikael Molin, der die Forschungsgruppe an Chalmers' Abteilung für Biologie und Bioverfahrenstechnik leitet. "Aber die Peroxiredoxine tragen auch dazu bei, die Lebensdauer von Zellen zu verlängern, wenn sie einer Kalorienbeschränkung unterworfen sind. Die Mechanismen hinter diesen Funktionen sind noch nicht vollständig verstanden."
Es ist bereits bekannt, dass eine reduzierte Kalorienzufuhr die Lebensdauer einer Vielzahl von Organismen, von der Hefe bis zum Affen, erheblich verlängern kann. Mehrere Forschergruppen, darunter auch die von Mikael Molin, haben auch gezeigt, dass insbesondere die Stimulierung der Peroxiredoxin-Aktivität die Zellalterung verlangsamt, wenn Organismen wie Hefe, Fliegen und Würmer über ihre Nahrung weniger Kalorien als normal aufnehmen.
"Jetzt haben wir eine neue Funktion von Tsa1 gefunden", sagt Cecilia Picazo, Postdoc-Forscherin in der Abteilung für System- und Synthetische Biologie bei Chalmers. "Früher dachten wir, dass dieses Enzym einfach reaktive Sauerstoffspezies neutralisiert. Aber jetzt haben wir gezeigt, dass Tsa1 tatsächlich eine bestimmte Menge Wasserstoffperoxid benötigt, um am Prozess der Verlangsamung des Alterungsprozesses von Hefezellen teilzunehmen.
Überraschenderweise zeigt die Studie, dass Tsa1 den Wasserstoffperoxidgehalt in gealterten Hefezellen nicht beeinflusst. Im Gegenteil, Tsa1 verwendet geringe Mengen Wasserstoffperoxid, um die Aktivität eines zentralen Signalweges zu reduzieren, wenn die Zellen weniger Kalorien erhalten. Dies führt letztlich zu einer Verlangsamung der Zellteilung und der Prozesse, die mit der Bildung der Bausteine der Zellen verbunden sind. Auch die Abwehrkräfte der Zellen gegen Stress werden stimuliert, was zu einer langsameren Alterung der Zellen führt.
Könnte zu Medikamenten führen, die die positiven Auswirkungen der Kalorieneinschränkung imitieren
"Signalwege, die durch die Kalorienaufnahme beeinflusst werden, können eine zentrale Rolle bei der Alterung spielen, indem sie den Status vieler zellulärer Prozesse erfassen und steuern", sagt Mikael Molin. "Durch die Untersuchung dieser Signalwege hoffen wir, die molekularen Ursachen dafür zu verstehen, warum das Auftreten vieler Volkskrankheiten wie Krebs, Alzheimer und Diabetes mit dem Alter stark zunimmt", sagt Mikael Molin.
Die Tatsache, dass die Forscher nun einen Schritt näher an das Verständnis der Mechanismen gekommen sind, die dahinter stehen, wie Oxidantien den Alterungsprozess tatsächlich verlangsamen können, könnte zu neuen Studien führen, z.B. zur Suche nach Peroxiredoxin-stimulierenden Medikamenten oder zu Tests, ob altersbedingte Krankheiten durch andere Medikamente, die die positive Wirkung von Oxidantien im Körper verstärken, verlangsamt werden können.
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