Das Geheimnis des Alterns lüften
Überaktiver Zellstoffwechsel steht im Zusammenhang mit biologischer Alterung
Warum altern Zellen - und damit auch Menschen? Die Antwort könnte viel mit den Mitochondrien zu tun haben, den Organellen, die Zellen mit Energie versorgen. Obwohl diese Idee nicht neu ist, fehlten bisher direkte Beweise in menschlichen Zellen. Bis jetzt.
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In einer Studie, die am 12. Januar in der Zeitschrift Communications Biology veröffentlicht wurde , hat ein Team unter der Leitung von Forschern der Columbia University herausgefunden, dass menschliche Zellen mit beeinträchtigten Mitochondrien darauf reagieren, indem sie einen höheren Gang einlegen und mehr Energie verbrauchen. Diese Anpassung, der so genannte Hypermetabolismus, verbessert zwar das kurzfristige Überleben der Zellen, hat aber einen hohen Preis: einen dramatischen Anstieg der Alterungsrate der Zellen.
"Die Ergebnisse wurden an Zellen von Patienten mit seltenen mitochondrialen Erkrankungen gewonnen, könnten aber auch für andere Erkrankungen von Bedeutung sein, die die Mitochondrien betreffen, darunter neurodegenerative Erkrankungen, Entzündungen und Infektionen", sagt der leitende Forscher Martin Picard, PhD, außerordentlicher Professor für Verhaltensmedizin (in Psychiatrie und Neurologie) am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University.
"Darüber hinaus könnte der Hypermetabolismus ein Hauptgrund dafür sein, dass die meisten Zellen mit zunehmendem Alter schlechter werden.
Hypermetabolische Zellen altern schneller
Es wurde allgemein angenommen, dass mitochondriale Defekte (die die Umwandlung von Nahrungsquellen in nutzbare Energie beeinträchtigen) die Zellen dazu zwingen, ihre Stoffwechselrate zu verlangsamen, um Energie zu sparen. Bei der Analyse der Stoffwechselaktivität und des Energieverbrauchs in Zellen von Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen stellten die Forscher jedoch fest, dass Zellen mit beeinträchtigten Mitochondrien ihren Energieverbrauch verdoppeln. Die erneute Analyse der Daten von Hunderten von Patienten mit verschiedenen mitochondrialen Erkrankungen zeigte außerdem, dass mitochondriale Defekte auch die energetischen Kosten des Lebens auf Ganzkörperebene erhöhen.
Dieser Energieschub hält die Zellen zwar am Laufen, führt aber auch zum Abbau der Zell-Telomere (Kappen, die die Enden unserer Chromosomen schützen) und aktiviert Stressreaktionen und Entzündungen. Der Nettoeffekt beschleunigt die biologische Alterung.
"Wenn Zellen mehr Energie aufwenden, um Proteine und andere Substanzen herzustellen, die für das kurzfristige Überleben wichtig sind, entziehen sie wahrscheinlich Ressourcen für Prozesse, die das langfristige Überleben sichern, wie z. B. die Aufrechterhaltung der Telomere", sagt Gabriel Sturm, Doktorand und Hauptautor der Studie.
Hypermetabolismus, Müdigkeit und Alterung
Dieser Hypermetabolismus könnte erklären, warum Menschen mit mitochondrialen Erkrankungen unter anderem unter Müdigkeit und Bewegungsunverträglichkeit leiden. Um den zusätzlichen Energieverbrauch in den Zellen auszugleichen, "sagt" der Körper, dass man sich nicht überanstrengen soll, um Energie zu sparen. Wahrscheinlich erleben wir die gleiche Dynamik, wenn die Menschen älter werden und ihre Vitalität abnimmt", sagt Picard.
Die Studie liefert keine neuen Erkenntnisse für Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen, die derzeit nicht behandelbar sind, aber sie untermauert die aktuellen Empfehlungen für mehr Bewegung. "Das mag kontraintuitiv erscheinen, denn wenn man sich mehr bewegt, verbraucht man mehr Energie und verschlimmert möglicherweise seine Symptome", sagt Sturm. "Aber es ist bekannt, dass Bewegung die Leistungsfähigkeit eines Organismus erhöht. Wer zum Beispiel joggt, verbraucht weniger Energie zur Aufrechterhaltung grundlegender Körperprozesse als jemand, der nicht körperlich aktiv ist."
Die Verbesserung der Effizienz des Organismus, die den Energieverbrauch in den Zellen senken und Müdigkeit und andere Symptome lindern würde, könnte teilweise den gesundheitlichen Nutzen von Bewegung bei Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen und ansonsten gesunden Menschen erklären.
Auf der Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten für mitochondriale Erkrankungen sollten sich die Forscher auf den Hypermetabolismus konzentrieren, so Picard. "Obwohl mitochondriale Defekte die Fähigkeit der Zellen, Energie zu produzieren, beeinträchtigen, ist Energiemangel möglicherweise nicht der primäre Krankheitsauslöser. Unsere Studie zeigt, dass diese Defekte den Energieverbrauch erhöhen. Um therapeutisch etwas zu bewirken, müssen wir möglicherweise auf den Hypermetabolismus abzielen. Wir müssen noch weiter forschen, um zu wissen, ob das funktionieren würde.
Hypermetabolismus ist auch bei anderen Krankheiten zu beobachten. Wenn ein erhöhter zellulärer Energieverbrauch eine kausale Rolle bei der Steuerung des Alterungsprozesses spielt, könnte eine gezielte Beeinflussung des Hypermetabolismus eine Möglichkeit sein, die Müdigkeit zu verringern, die Lebensqualität der Menschen zu verbessern oder sogar die biologische Alterung zu verlangsamen.
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