Gesundheit

Wie biologische Alterungsuhren ticken

Alterungsuhren können das biologische Alter des Menschen mit hoher Präzision messen. Das biologische Alter kann durch Umweltfaktoren wie Rauchen oder Ernährung beeinflusst werden und daher vom chronologischen Alter abweichen, das anhand des Geburtsdatums berechnet wird. Die Präzision dieser Alterungsuhren lässt vermuten, dass der Alterungsprozess einem Programm folgt. Die Wissenschaftler David Meyer und Professor Dr. Björn Schumacher vom CECAD, dem Exzellenzcluster Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases der Universität zu Köln, haben nun herausgefunden, dass alternde Uhren tatsächlich die Zunahme stochastischer Veränderungen in Zellen messen. Die Studie „Alternde Uhren basierend auf akkumulierender stochastischer Variation“ wurde in veröffentlicht Naturalterung.

„Alterung wird ausgelöst, wenn die Bausteine in unseren Zellen beschädigt werden. Wo dieser Schaden auftritt, ist größtenteils zufällig. Unsere Arbeit kombiniert die Genauigkeit alternder Uhren mit der Anhäufung völlig stochastischer Veränderungen in unseren Zellen“, sagte Professor Schumacher.

Weniger Kontrollen, mehr Lärm

Mit zunehmendem Alter wird die Steuerung der in unseren Zellen ablaufenden Prozesse weniger effektiv, was zu stochastischeren Ergebnissen führt. Dies zeigt sich insbesondere in der Häufung stochastischer Veränderungen der DNA-Methylierung. Unter Methylierung versteht man die chemischen Veränderungen, die sich auf die DNA, die Bausteine des Genoms, auswirken. Diese Methylierungsprozesse werden im Körper streng reguliert. Allerdings kommt es im Laufe des Lebens zu zufälligen Veränderungen in den Methylierungsmustern. Die Anhäufung von Variationen ist ein äußerst genauer Indikator für das Alter einer Person.

Der Verlust der Kontrolle über die Zellen und die Zunahme der stochastischen Variation sind nicht auf die DNA-Methylierung beschränkt. Meyer und Schumacher zeigen, dass die Zunahme stochastischer Variationen auch in der Genaktivität als Alterungsuhr genutzt werden kann. „Im Prinzip wäre es möglich, noch weiter zu gehen und die stochastischen Variationen in jedem Prozess in der Zelle zuzulassen, um das Alter vorherzusagen“, sagte Schumacher. Nach Ansicht der Autoren ist es vor allem wichtig herauszufinden, ob solche Altersuhren den Erfolg von Eingriffen anzeigen können, die den Alterungsprozess verlangsamen, oder schädliche Faktoren, die das Altern beschleunigen.

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Anhand der verfügbaren Datensätze zeigten die Wissenschaftler, dass Rauchen die zufälligen Veränderungen beim Menschen verstärkt und dass „Anti-Aging“-Eingriffe wie eine geringere Kalorienaufnahme bei Mäusen die Variation in den Methylierungsmustern verringern. Sie zeigten auch, dass das stochastische Rauschen durch die Umprogrammierung von Körperzellen zu Stammzellen sogar reversibel ist. Die Wissenschaftler verglichen menschliche Fibroblasten aus der Haut, die in Stammzellen umprogrammiert wurden und sich infolge der Umprogrammierung verjüngen. Die hohe Variation, die das Alter der Körperzellen anzeigt, wurde tatsächlich in das geringe stochastische Rauschen junger Stammzellen umgewandelt.

Meyer und Schumacher hoffen, dass ihre Erkenntnisse über den Verlust der Regulation und die zunehmenden stochastischen Schwankungen zu neuen Interventionen führen werden, die die Grundursache des Alterns angehen und möglicherweise sogar zu einer Zellverjüngung führen können. Ein Ziel für solche Eingriffe könnte die Reparatur stochastischer Veränderungen in der DNA oder eine verbesserte Kontrolle der Genexpression sein.