Die Todesmaschinerie sorgt für ein gesünderes Leben

Während wir alle eine lange Lebensspanne anstreben, ist das Ersehnlichste eine lange Zeit der Kraft und Gesundheit, oder „Gesundheitsspanne“, die dem unvermeidlichen Niedergang des fortschreitenden Alters vorausgeht. Forscher an der UC Santa Barbara haben herausgefunden, dass Todesinstrumente, mit denen Zellen Selbstmord begehen, wenn etwas schief geht, zu einem längeren und gesünderen Leben beitragen, indem sie die speziellen Zellkompartimente, die Mitochondrien, revitalisieren.

Mitochondrien erzeugen die Energie für alle unsere Aktivitäten, von der Bewegung bis zum Denken. Diese Kraftwerke in unseren Zellen stammen von einst frei lebenden Bakterien ab.

„Wir sind eine Art Hybridwesen, das aus zwei unabhängigen Evolutionslinien hervorgegangen ist: den Mitochondrien, die einst Bakterien waren, und dem Rest der sie umgebenden Zelle“, bemerkt Joel Rothman, Professor für Molekularbiologie, in dessen Labor die Forschung durchgeführt wurde.

Dieser duale evolutionäre Ursprung bedeutet, dass sich unsere DNA in jeder unserer Zellen in zwei getrennten Kompartimenten befindet: dem Zellkern, in dem sich der größte Teil unseres Genoms befindet, und den Mitochondrien mit ihrer eigenen DNA als Überbleibsel ihrer bakteriellen Herkunft.

„Mit zunehmendem Alter häufen sich Schäden an der DNA in diesen Zellkraftwerken und tragen zum altersbedingten Rückgang bei“, bemerkt Rothman. „Unsere Entdeckung zeigt einen Weg auf, wie defekte Mitochondrien entfernt werden, was zu einer Verjüngung der Zellen führt.“

Die Forschung, vor kurzem in der Zeitschrift veröffentlicht eLifezeigt, dass die biologische Maschinerie, die als „Kill-Schalter“ für Zellen fungiert, die potenziell schädlich sind, beispielsweise solche, die sich zu Krebs entwickeln, auch die defekte DNA der Mitochondrien eliminiert.

„Mitochondrien haben ein Yin und Yang“, sagte Pradeep Joshi, ein leitender Wissenschaftler und Co-Autor der Veröffentlichung. „Sie produzieren die Energie, die das Leben erhält. Aber mit jedem Atemzug produzieren Mitochondrien auch reaktive Sauerstoffspezies, schädliche Moleküle, die die DNA und andere Teile unserer Zellen schädigen.“

Je länger wir also leben, desto mehr Schäden treten auf. Dieser Schaden verringert die Energieproduktion der Mitochondrien, was negative Folgen für unsere Gesundheit hat. Da Herz, Muskeln und Gehirn diese Energieversorgung am meisten benötigen, ist das Altern unweigerlich mit Herzversagen, Verlust der Muskelfunktion und Demenz verbunden.

Laut Joshi „kann das Altern als eine Art mitochondriale Erkrankung angesehen werden. Wenn wir mitochondriale Schäden beseitigen könnten, würden wir die Gesundheit und Langlebigkeit verbessern.“

Das Forschungsteam entdeckte ein System zur Beseitigung beschädigter Mitochondrien mithilfe eines winzigen Wurms namens C. elegans, der für viele Fortschritte in der Biomedizin bekannt ist, darunter auch für sechs Nobelpreise.

Die Forscher fanden heraus, dass Enzyme, die für das Abtöten von Zellen verantwortlich sind, auch für die Entfernung beschädigter mitochondrialer DNA erforderlich sind. Fehlen diese Enzyme, häufen sich defekte Mitochondrien.

Rothman und Mitarbeiter stellten überrascht fest, dass, obwohl einige der gleichen Proteine ​​beteiligt sind, der Gesamtprozess der Entfernung der beschädigten Mitochondrien sich von dem unterscheidet, der normalerweise zur Entfernung überschüssiger Zellen verwendet wird. „Die Maschinerie für den Zelltod scheint umfunktioniert zu werden, um schlechte Mitochondrien zu beseitigen“, beobachtete Joshi. „Auf diese Weise stellen sie die Gesundheit dieser lebenswichtigen Kraftwerke wieder her.“

Als Mensch haben Sie Ihre mitochondriale DNA ausschließlich von Ihrer Mutter geerbt, und das Gleiche gilt auch für die in der Studie verwendeten Tiere. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Belastung defekter Mitochondrien bei Müttern mit zunehmendem Alter zunimmt. „Leider werden die schlechten Mitochondrien, die sich bei Müttern mit zunehmendem Alter bilden, an ihre Kinder weitergegeben“, sagte Rothman.

Die gute Nachricht ist jedoch, dass sowohl die Anhäufung als auch die Vererbung der defekten Mitochondrien reduziert werden konnte: Die Forscher fanden heraus, dass eine einzige Genveränderung, die die Tiere langsamer altern lässt und ihre Lebensspanne verlängert, diese Probleme lindert.

„Die Verlangsamung der ‚Alterungsuhr‘ scheint dazu zu führen, dass sich defekte Mitochondrien langsamer ansammeln, was die Möglichkeit erhöht, dass Anti-Aging-Eingriffe zu gesünderen Mitochondrien führen könnten“, bemerkte Rothman, der auch Gründungsdirektor des Center for Aging and Longevity an der UCSB ist .

Diese Entdeckungen weisen auf zukünftige Strategien zur Entfernung geschwächter Mitochondrien und zur Verjüngung von Zellen hin und ebnen den Weg für zusätzliche Jahre eines lebendigen, krankheitsfreien Lebens, das wir alle genießen können.