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Warum der Zellschutz versagt Das Alter beeinträchtigt die zelluläre Müllabfuhr

| Autor / Redakteur: Dr. Gisela Olias* / Dr. Ilka Ottleben

Bei altersbedingten Erkrankungen wie Diabetes, Alzheimer, aber auch bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen Proteinaggregate eine große Rolle. Damit Zellen gesund und funktionstüchtig bleiben, sorgen zelleigene Müllentsorgungsanlagen dafür, diese permanent aus den Zellen zu entfernen. Einer Erklärung, warum das in fortgeschrittenem Alter nicht mehr richtig funktioniert, sind Forscher nun einen Schritt näher gekommen.

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Bei altersbedingten Erkrankungen wie Diabetes, Alzheimer, aber auch bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen Proteinaggregate eine große Rolle.
Bei altersbedingten Erkrankungen wie Diabetes, Alzheimer, aber auch bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen Proteinaggregate eine große Rolle.
(Bild: gemeinfrei)

Potsdam-Rehbrücke – Damit Zellen gesund und funktionstüchtig bleiben, sorgen zelleigene Müllentsorgungsanlagen dafür, veränderte oder kaputte Eiweißmoleküle permanent aus den Zellen zu entfernen. Zum einen gibt es das proteasomale und zum anderen das lysosomale System. Wie seit langem bekannt ist, nimmt mit zunehmender Zellalterung die Leistungsfähigkeit der zellulären Müllentsorgungssysteme ab, wodurch sich vermehrt beschädigte und veränderte Eiweißmoleküle in den Zellen anhäufen. Dieser molekulare Abfall belastet die Zellen, wobei sich die wissenschaftlichen Hinweise mehren, dass er das Entstehen altersbedingter Krankheiten wie Diabetes, Alzheimer, aber auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen begünstigt.

Welche molekularen Mechanismen beeinträchtigen zelluläre Müllbeseitigung im Alter?

Derzeit ist noch sehr wenig über die genauen molekularen Mechanismen bekannt, die die zelluläre Müllbeseitigung im Alter beeinträchtigen. Daher untersuchte ein Forscherteam um Christiane Ott und Tilman Grune vom Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) in einer aktuellen Studie diese Mechanismen am Beispiel des Ferritins mit Hilfe menschlicher Bindegewebszellen der Haut.

Das Eiweißmolekül Ferritin ist ein wichtiger Eisenspeicher des menschlichen Körpers. Wie die aktuelle Studie nun zeigt, lassen sich die höheren Ferritin-Gehalte gealterter Zellen auch auf einen gestörten Ferritin-Transfer zu den und in die Lysosomen zurückführen, die einen Großteil des ständig anfallenden Zellmülls entsorgen. „Man kann sich Lysosomen als kleine membranumhüllte Räume in der Zelle vorstellen, in denen Molekül- und Zellschrott enzymatisch abgebaut und recycelt wird“, erklärt Studienleiter Tilman Grune. Die Ergebnisse geben einen neuen Einblick in die molekularen Mechanismen, die mit der Alterung menschlicher Zellen verbunden sind.

Gestörter Ferritin-Transport zu den Lysosomen

Im Rahmen ihrer Zellkultur-basierten Studie führten die Wissenschaftler verschiedene molekularbiologische und mikroskopische Untersuchungen durch. Einerseits analysierten sie junge, nur kurz in der Petrischale gewachsene Zellen, und andererseits gealterte Zellen, die bereits altersspezifische Merkmale aufwiesen.

„Wie unsere Ergebnisse zeigen, ist sowohl in jungen als auch in alten Zellen hauptsächlich das lysosomale System für den Ferritinabbau verantwortlich und nicht das proteasomale. Erstaunlicher Weise beobachteten wir aber nicht, dass die Anhäufung des Ferritins in den alten Zellen auf eine verringerte Zahl oder verminderte Aktivität der Lysosomen zurückzuführen war“, sagt Christiane Ott. „Sondern wir konnten nachweisen, dass hierfür ein gestörter Ferritin-Transport zu den Lysosomen verantwortlich ist, da die alten Zellen bestimmte Transportproteine nicht mehr in ausreichender Mengen produzieren. Wie wir zudem feststellten, nahm auch die Anzahl der Proteine deutlich ab, die bei der Verpackung des Ferritins in sogenannte Autophagosomen eine Rolle spielen“, berichtet die Nachwuchswissenschaftlerin weiter. Ein Autophagosom sei im Prinzip ein Membransäckchen, in welche die Zelle abzubauenden Müll stecke, um ihn ins Innere des Lysosoms einschleusen zu können, wo dann der Abbau stattfindet.

Müllabfuhr und Verpackung funktioniert nicht mehr richtig

„Nach unseren Ergebnissen ist die Beeinträchtigung des Verpackungsvorgangs zudem auf eine größere Aktivität des Signalmoleküls mTOR zurückzuführen“, erklärt Grune, der am DIfE nicht nur die Abteilung Molekulare Toxikologie leitet, sondern auch wissenschaftlicher Vorstand des Instituts ist. Eine Beobachtung, die sich mit den Resultaten anderer Forscher deckt und die die Wissenschaftler auch durch Untersuchungen am Gehirn der Maus bestätigen konnten. Vereinfacht könne man die Studienergebnisse so zusammenfassen: Nicht die eigentliche Müllentsorgungs- und Recyclinganlage sei in den gealterten Zellen beeinträchtigt, sondern die Müllabfuhr und Verpackung funktioniere nicht mehr richtig, ergänzt Ott.

Inwieweit die größeren Ferritin-Mengen die alten Zellen beeinträchtigen, können die Forscher noch nicht sagen. Weitere Untersuchungen seien aber geplant, die den Zusammenhang zwischen solchen altersbedingten zellulären Veränderungen und dem Entstehen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen untersuchen sollen.

Originalpublikationen:

Christiane Ott, Jeannette König, Annika Höhn, Tobias Jung, Tilman Grune: Reduced autophagy leads to an impaired ferritin turnover in senescent fibroblasts, Free Radical Biology and Medicine, Volume 101, December 2016, Pages 325–333, DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2016.10.492

Christiane Ott, Jeannette König, Annika Höhn, Tobias Jung, Tilman Grune: Macroautophagy is impaired in old murine brain tissue as well as in senescent human fibroblasts,Redox Biology, Volume 10, December 2016, Pages 266–273, DOI:10.1016/j.redox.2016.10.015

* Dr. G. Olias: Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE), 14558 Nuthetal/Deutschland

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