Unsere Zellen sind von einer fragilen Membran umgeben, die nur 5 Nanometer dick ist, was einem Zwanzigstel einer Seifenblase entspricht. Zellen können durch physiologische Aktivitäten, einschließlich Muskelkontraktionen und Gewebeverletzungen, leicht geschädigt werden. Um solche Schäden zu bewältigen, sind Zellen mit Mechanismen ausgestattet, die Membranschäden bis zu einem gewissen Grad reparieren können.
Bisher ging man davon aus, dass eine mechanische Beschädigung der Zellmembran zwei einfache zelluläre Folgen auslöst: Genesung oder Tod. In einer neuen Studie haben Forscher jedoch ein drittes Ergebnis aufgedeckt: Zellalterung. Das Werk erscheint in Naturalterung.
„Als ich mit diesem Projekt begann, wollte ich lediglich die Reparaturmechanismen beschädigter Zellmembranen verstehen“, erinnert sich Professor Keiko Kono, Leiterin der Abteilung Membranologie des Okinawa Institute of Science and Technology und leitende Autorin der Studie, an der mehrere Mitglieder des Okinawa Institute of Science and Technology beteiligt waren Einheit, darunter Kojiro Suda, Yohsuke Moriyama, Nurhanani Razali und Kollegen. „Unerwarteterweise entdeckten wir, dass eine Schädigung der Zellmembran gewissermaßen das Zellschicksal verändert.“
Der Schlüssel zur Bestimmung des Zellschicksals ist das Ausmaß der Schädigung und der anschließende Kalziumioneneinstrom. Der Schaden an der dünnen Zellmembran kann leicht repariert werden, so dass die Zellen ihre Zellteilung problemlos fortsetzen können. Die höchste Schädigung der Zellmembran führt zum Zelltod. Bei einer mittleren Schädigung der Zellmembran werden die Zellen jedoch einige Tage später zu seneszenten Zellen, auch wenn die Wiederversiegelung der Membran erfolgreich zu sein scheint.
Krebszellen teilen sich unbegrenzt. Im Gegensatz dazu haben nicht krebsartige normale Zellen eine begrenzte Fähigkeit zur Zellteilung – etwa 50 Mal, bevor die Teilung irreversibel gestoppt wird und die Zellen in einen Zustand übergehen, der als zelluläre Seneszenz bekannt ist. Seneszierende Zellen sind immer noch stoffwechselaktiv, aber im Gegensatz zu jungen und gesunden Zellen produzieren sie verschiedene sekretorische Proteine, die die Immunantwort sowohl in nahegelegenen Geweben als auch in entfernten Organen hochregulieren. Dieser Mechanismus kann sowohl positive als auch schädliche Veränderungen in unserem Körper hervorrufen, einschließlich einer Beschleunigung der Wundheilung, der Krebsförderung und des Alterns.
Im letzten Jahrzehnt wurde in zahlreichen Studien berichtet, dass alternde Zellen im Körper von Tieren, einschließlich Menschen, existieren und dass die Entfernung alternder Zellen die Körperfunktionen bei Versuchstieren erneuern kann. Die Ursache der Zellalterung im menschlichen Körper bleibt jedoch ein kontroverses Thema.
„Das Genexpressionsprofil und die Bioinformatik legten nahe, dass Zellmembranschäden den Ursprung alternder Zellen in unserem Körper erklären, insbesondere derjenigen in der Nähe von beschädigtem Gewebe“, erklärt Professor Kono.
Der am besten bekannte Auslöser der zellulären Seneszenz ist die wiederholte Zellteilung. Viele andere Belastungen induzieren im Labor ebenfalls zelluläre Seneszenz, wie z. B. DNA-Schäden, Onkogenaktivierung und epigenetische Veränderungen. Das langjährige Dogma in der Forschung war, dass verschiedene Stressfaktoren letztendlich über die Aktivierung der DNA-Schadensreaktion zelluläre Seneszenz induzieren.
Die Autoren entdeckten jedoch, dass eine Zellmembranschädigung die Zellalterung über einen anderen Mechanismus induziert, an dem Kalziumionen und das Tumorsuppressor-Gen p53 beteiligt sind. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, eine Strategie zu entwickeln, um in Zukunft eine gesunde Langlebigkeit zu erreichen.
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Schäden an der Plasmamembran begrenzen die Replikationslebensdauer in Hefen und induzieren eine vorzeitige Seneszenz bei menschlichen Fibroblasten. Naturalterung (2024). DOI: 10.1038/s43587-024-00575-6