Telomerase: Ein Enzym mit zwei Gesichtern

14.08.2014 - Deutschland

Forscher des Leibniz-Instituts für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI) in Jena haben in Kooperation mit der Universität Ulm eine neue Funktion der Telomerase, einem Enzym, das für die Unsterblichkeit von Zellen notwendig ist, aufgedeckt. Das Brisante dabei: die Aktivität des Enzyms wird auch von Tumorzellen für ihr unkontrolliertes Wachstum benötigt. Diese Erkenntnis könnte dabei helfen, Unterschiede zwischen dem unkontrollierten Zellwachstum im Tumorgewebe und dem kontrollierten Zellwachstum im normalen Gewebe abzuleiten. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature communications veröffentlicht.

Das Enzym Telomerase wird für die vollständige und fehlerlose Teilung des Erbguts, der DNA, benötigt. Beim Menschen wird dieses Enzym in der frühen Embryogenese und beim Erwachsenen nur in Stammzellen und bestimmten, speziellen Zellen gebildet. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Enden der Chromosomen, die Telomere, intakt zu halten, um sie vor DNA-Schäden zu schützen. Die Telomerase spielt deshalb bei der Zellalterung und der Krebsentstehung eine zentrale Rolle, da neben Stammzellen auch Tumorzellen dieses Enzym für ihre Teilungsprozesse benötigen.

Während in Stammzellen die Synthese der Telomerase kontrolliert abläuft, ist diese Kontrolle bei Tumorzellen verlorengegangen. Das Abschalten der Telomerase dient in den meisten Zellen also zum Schutz des Organismus gegen Tumorentstehung. „Diese Erkenntnis könnte dabei helfen, um das unkontrollierte Zellwachstum im Tumorgewebe vom kontrollierten Zellwachstum im normalen Gewebe zu unterscheiden“, erklärt PD Dr. Cagatay Günes vom Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena, der als Senior-Koautor die Studie mit seinem Kollegen PD Dr. Sebastian Iben von der Universität Ulm initiiert hat.

Es hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass neben der Schutzfunktion an den Chromosomen-Enden die Telomerase auch noch andere Aufgaben bewerkstelligt. „Unsere Forschungsarbeiten zeigen, dass sich die Telomerase unter bestimmten Bedingungen wie ein Dirigent verhält, um in unterschiedlichen Zellbereichen die für das Zellwachstum notwendigen Gene zu kontrollieren“, so Dr. Günes weiter.

Nucleoli - auch Kernkörperchen genannt - sind funktionelle Bereiche im Zellkern, in denen unter anderem die Bausteine der Ribosomen synthetisiert werden. Ribosomen sind kleine Partikel, an denen Proteine (Eiweiße) hergestellt werden. Sie übersetzen die genetische Information in funktionelle Eiweiße und schaffen somit - quasi als „zelluläre Fabriken“ - die Grundlage für alle biochemischen Funktionen in der Zelle. Die Menge an Bausteinen für die Ribosomen wird dem zellulären Bedarf angepasst.

„Unsere Arbeiten zeigen, dass die Telomerase bei dem Prozess der Bereitstellung von Ribosomen-Bausteinen eine modulatorische Funktion besitzt“, berichtet Dr. Günes weiter. „Unter normalen Wachstumsbedingungen funktioniert die Telomerase hauptsächlich an den Enden der Chromosomen. Unter hoch proliferativen Bedingungen, wenn also zum Beispiel ein ganzes Organ regeneriert werden muss und ein Mehrbedarf an Ribosomen besteht, induziert die Telomerase jedoch die Erhöhung der ribosomalen RNA“. Die Forscher konnten diesen Prozess während der Regeneration der Leber nachweisen. Diese Fähigkeit machen sich offensichtlich auch die Tumorzellen zu Nutze: Wurden im Labor normale Zellen experimentell zu Tumorzellen umgewandelt, dann aktivierte die Telomerase die Bildung von ribosomalen RNAs.

Neue Ansätze gegen Krebszellen und für die Alternsforschung

„Diese Erkenntnis erlaubt uns einen völlig neuen Einblick in die komplexe Funktionsweise der Telomerase bei unterschiedlichen zellulären Prozessen“, so die beteiligten Forscher der Studie. Daraus ergeben sich auch neue Fragenstellungen, die es nun zu untersuchen gilt. „Die Hauptfrage ist: Wie gelangt die Telomerase an diese Orte?“ Mit diesem Wissen würde die Möglichkeit bestehen, den Transport der Telomerase in die Nucleoli - speziell in Tumorzellen - zu unterbinden; ein neuer Ansatz zur Therapie von Krebserkrankungen. Darüber hinaus wäre es auch wichtig zu untersuchen, wie sich in Stammzellen die Funktion der Telomerase während des Alternsprozesses verändert.

Originalveröffentlichung

Gonzalez OG, Assfalg R, Koch S, Schelling A, Meena JK, Kraus J, Lechel A, Katz SF, Benes V, Scharffetter-Kochanek K, Kestler HA, Günes C*, Iben S*. Telomerase stimulates ribosomal DNA transcription in hyperproliferative conditions. Nature Communications 2014

https://www.bionity.com/de/news/149442/telomerase-ein-enzym-mit-zwei-gesichtern.html