Vom Grönlandhai lernen 400 Jahre Herzschlag: Methusalem trotz Herzalterung

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Leibnitz-Institut für Alternsforschung Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

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Kaum ein Wirbeltier lebt länger als der Grönlandhai. Dabei altert sein Herz sehr deutlich. Die gleichen Schäden in einem menschlichen Herzen wären nicht mit dem Leben vereinbar – doch das Herz des Grönlandhais schlägt weiter. Wie ist das möglich?

Der Grönlandhai (Somniosus microcephalus) gehört mit einer geschätzten Lebenserwartung von bis zu 400 Jahren oder mehr zu den langlebigsten Wirbeltieren der Erde. Seine außergewöhnliche Lebensdauer, sein extrem langsames Wachstum, der sehr niedrige Stoffwechsel, die minimale Schwimmaktivität und seine späte Geschlechtsreife – die erst im Alter von etwa 150 Jahren eintritt – machen ihn zu einem einzigartigen Modellorganismus für die Erforschung von Alternsprozessen und den biologischen Grundlagen von Langlebigkeit.

Studien an langlebigen Tierarten haben gezeigt, dass diese Arten oft über besonders leistungsfähige Systeme zur DNA-Reparatur, zur Tumorabwehr und der Regulation des Immunsystems verfügen. Erste genomische Analysen des Grönlandhais deuten darauf hin, dass Gene, die mit der Entzündungshemmung, dem Krebsschutz und der Stabilisierung zellulärer Prozesse in Verbindung stehen, auch bei dieser Art eine zentrale Rolle spielen.

Ein internationales Forschungsteam um Prof. Alessandro Cellerino von der Scuola Normale Superiore in Pisa, Italien, und Leibniz-Chair am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena, Deutschland, hat nun erstmals systematisch alternsbedingte Veränderungen im Herzgewebe des Grönlandhais genauer untersucht. Im Mittelpunkt der jetzt in „Aging Cell“ veröffentlichten Studie stand die Frage, ob der Grönlandhai vor typischen Anzeichen der Herzalterung – wie Fibrose, oxidativem Stress und Funktionsverlust – geschützt ist oder ob er in der Lage ist, die schädlichen Auswirkungen des Alterns zu kompensieren.

Das Herz des Grönlandhais altert sehr deutlich ...

Zum Vergleich analysierten die Forschenden neben dem Grönlandhai auch zwei weitere Fischarten: den kurzlebigen Türkisen Prachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri), ein etablierter Modellorganismus für beschleunigtes Altern, sowie den Laternenhai, auch als Schwarzer Degenhai bekannt (Etmopterus spinax), der phylogenetisch mit dem Grönlandhai verwandt ist, jedoch eine deutlich kürzere Lebensspanne von etwa 10 Jahren aufweist. Untersucht wurden klassische Marker der Zellalterung, darunter Lipofuszin-Ablagerungen sowie 3-Nitrotyrosin als Indikator für oxidativen Stress, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie effizient deren Zellen Schäden vermeiden oder reparieren können. Tiere mit niedrigen Werten dieser Marker zeigen oft bessere antioxidative Schutzsysteme, effizientere Protein- und Zellreparaturmechanismen sowie eine geringere Anhäufung von Zellschäden über die Zeit.

Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass das Herz des Grönlandhais deutliche strukturelle und molekulare Veränderungen aufweist, die typischerweise mit Alternsprozessen in Verbindung gebracht werden. Dazu gehörte eine ausgeprägte Fibrose des Herzmuskels, eine verstärkte Ansammlung von Bindegewebe. Derartige Veränderungen können die Elastizität des Herzgewebes verringern und langfristig die Pumpfunktion beeinträchtigen. Zudem wurde eine starke Anreicherung von Lipofuszin, einem Alterspigment, in den Herzmuskelzellen beobachtet. Dieses Abbauprodukt entsteht, wenn im Lebensverlauf Zellbestandteile nicht vollständig abgebaut werden, und gilt als klassisches Zeichen für die Zellalterung.

Zusätzlich gab es auch Hinweise auf Schäden an den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zellen, sowie auf vergrößerte Lysosomen, die für den Abbau und das Recycling von Zellmaterial verantwortlich sind. Beides sind ebenfalls Anzeichen dafür, dass die Zellen über lange Zeit stark beansprucht wurden. Darüber hinaus fanden die Forschenden auch erhöhte 3-Nitrotyrosin-Werte, einem Marker für oxidativen und nitrosativen Stress. Dies ist ein Hinweis darauf, dass im Herzgewebe verstärkt oxidative Prozesse stattgefunden haben, die zu Proteinveränderungen führten.

„Alles in allem zeigten die analysierten Proben des Grönlandhais deutlich erkennbare Anzeichen klassischer Alternserscheinungen auf molekularer und Gewebeebene“, erklärt Prof. Cellerino. „Die belegen, dass auch bei dieser Art Alternsprozesse im Herzgewebe stattfinden.“

... schlägt aber trotzdem weiter

Auffällig jedoch ist, dass diese strukturellen und molekularen Veränderungen offenbar nicht mit einem entsprechenden Funktionsverlust einhergehen. Trotz der deutlichen strukturellen und molekularen Alternsanzeichen waren die untersuchten Tiere lebendig und schwammen. „Die gleichen Schäden in einem menschlichen Herzen wären nicht mit dem Leben vereinbar“, so Prof. Cellerino.

Im Rahmen früherer Genomuntersuchungen zum Grönlandhai konnte gezeigt werden, dass der Grönlandhai gut entwickelte Mechanismen besitzt, um Schäden an seiner DNA zu reparieren und das Erbgut stabil zu halten. So wurden unter anderem Veränderungen in Genen festgestellt, die an der DNA-Reparatur und dem Zellschutz beteiligt sind, einige davon lagen gar in Form zusätzlicher Genkopien vor. Diese könnten dazu beitragen, genetische Schäden effizienter zu erkennen und zu korrigieren und so die Zellen über sehr lange Zeiträume hinweg zu schützen.

Forschung an langlebigen Fischen

Alte Unterwasserclowns

Langlebigkeit als Ausdruck einer hohen biologischen Widerstandsfähigkeit

Die Studienergebnisse legen nahe, dass der Grönlandhai nicht deshalb extrem alt wird, weil er dem Alternsprozess entgeht, sondern weil er die Folgen des Alterns über sehr lange Zeit hinweg wirksam abpuffern kann. Seine Langlebigkeit ist demnach vor allem Ausdruck einer hohen biologischen Widerstandsfähigkeit, die es ihm ermöglicht, seine Körperfunktionen trotz fortschreitender Zellschäden weitgehend aufrechtzuerhalten. Das Verständnis der Mechanismen, die diese biologische Widerstandsfähigkeit (Resilienz) möglich macht, könnte völlig neue Wege zur Förderung eines gesunden Alterns eröffnen.

„Die Forschung zum Grönlandhai wurde von Professor John Fleng Steffensen von der Universität Kopenhagen vorangetrieben, der dessen extreme Langlebigkeit beschrieb und eine treibende Kraft bei der Förderung der Forschung zu dieser Art war. Er ist letztes Jahr verstorben, ich widme diese Arbeit seinem Andenken“, fasst Prof. Cellerino zusammen.

Originalpublikation: Chiavacci E, Steffensen KF, Delaroche P, Astoricchio E, Poulsen AB, Brayson D, Garibaldi F, Lanteri L, Pinali C, Valente GR, Vignati F, Steffensen JF, Shiels H, Tozzini ET, Cellerino A: Resilience to Cardiac Aging in Greenland Shark Somniosus microcephalus. Aging Cell. 2026 May;25(5):e70505. doi: 10.1111/acel.70505. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.70505

[Arne Sahm, Alexander Cherkasov, Hequn Liu, Danila Voronov, Kanstantsin Siniuk, Robert Schwarz, Oliver Ohlenschläger, Silke Förste, Martin Bens, Marco Groth, Ivonne Görlich, Sonia Paturej, Sven Klages, Bjoern Braendl, Jesper Olsen, Peter Bushnell, Amalie Bech Poulsen, Sara Ferrando, Fulvio Garibaldi, Davide Lorenzo Drago, Eva Terzibasi Tozzini, Franz-Josef Müller, Martin Fischer, Helene Kretzmer, Paolo Domenici, John Fleng Steffensen, Alessandro Cellerino, Steve Hoffmann. The Greenland shark (Somniosus microcephalus) genome provides insights into extreme longevity. doi: https://doi.org/10.1101/2024.09.09.611499]

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