Weitere Einblicke in die Mechanismen gesunden Alterns beim Fadenwurm

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C. elegans Mitochondrien in Muskeln (rot) und im Darm (grün) werden durch die Expression von mitochondrialen Proteinen mit fluoreszierenden Markern unter unterschiedlichen Promotoren visualisiert. | Quelle: A. Schiavi, AG Ventura/IUF | Download

Die mittlere Lebenserwartung in unserer Gesellschaft nimmt weiter zu und führt uns zu der Frage: Wie kann man gesundes Altern verlängern? Dies wird auf molekularem Level in dem Modellorganismus Caenorhabditis elegans* untersucht, einem transparenten Fadenwurm mit einer Größe von ungefähr 1 mm. Er kommt häufig in der Alternsforschung zum Einsatz, weil er im Vergleich zum Menschen konservierte Gene und mit dem Alter verbundene Merkmale hat. Bisher wissen Forscher, dass Maßnahmen, die gesundes Altern fördern, typischerweise mit einer erhöhten Widerstandfähigkeit und Stressresistenz (die Fähigkeit, schädigende Einflüsse besser abzuwehren) zusammenhängen. Paradoxerweise führt das Herunterfahren von biologischen Kernprozessen, wie z.B. des Mitochondrien- (Zellkraftwerke) oder Insulin-Stoffwechsels, zu alternativen Antworten in der Zelle, die wiederum die Lebensspanne und Stressresistenz beim Fadenwurm erhöhen.

In einer Studie, die kürzlich in „EMBO Reports“ veröffentlicht wurde, hat die Arbeitsgruppe von Dr. Natascia Ventura vom IUF und der HHU in Düsseldorf erstmals untersucht, wie die verlängerte Lebensspanne von C. elegans bei reduzierter Mitochondrien-Aktivität mit der Resistenz gegenüber genotoxischem (durch Genschäden bedingten) Stress zusammenhängt. Letzterer kann z.B. durch Strahlen oder chemische Substanzen hervorgerufen werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die Reduzierung der Mitochondrien-Aktivität während der Entwicklung einen Einfluss auf die Keimbahn (Zellen, deren genetisches Material an Folgegenerationen weitergegeben werden kann) hat. Dabei wird eine Resistenz gegenüber Zellzyklus-Stopps, die durch DNS-Schäden hervorgerufen werden, und Apoptose (Zelltod) vermittelt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass dieser Mechanismus zwar somatische Zellen (alle anderen Zellen außerhalb der Keimbahn; die meisten Zellen im Körper) benötigt, aber losgelöst von der Ausbildung somatischer Widerstandsfähigkeit ist. Die C. elegans Homologe der Tumorsuppressor-Gene BRCA1 und BARD1, brc-1 und brd-1, vermitteln diese anti-apoptotischen Effekte. Für die Verlängerung der Lebensspanne bei mitochondrialem Stress sind sie nicht notwendig. Die Studie wurde in Kooperation mit Wissenschaftlern aus Köln, Norwegen und den USA durchgeführt.

„Mitochondrien sind zelluläre Funktionseinheiten (Organellen), die das nachhaltige Funktionieren von Zellen, Organen und dem gesamten Organismus grundlegend sicherstellen. Der langfristige Erhalt der mitochondrialen Funktion und Qualität ist lebenswichtig für die menschliche Gesundheit”, so der Direktor des Zentralinstituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Prof. Fritz Boege. „Wir versuchen die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die an der Verlängerung der Lebensspanne bei mitochondrialem Stress beteiligt sind. Ziel ist es, Eingriffsstrategien zu entwickeln, die uns in Zukunft erlauben können, gesundes Altern zu verlängern. Ein weiterer Aspekt, der in unserem Labor untersucht wird, sind Mitochondrien-assoziierte Erkrankungen. Dabei schauen wir uns sowohl genetisch als auch umweltbedingte Erkrankungen an, die von entwicklungs- zu altersassoziierten Krankheitsbildern reichen“, erklärt Dr. Natascia Ventura, Leiterin einer Liaison-Gruppe zwischen dem IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung und dem Zentralinstitut für Klinische Chemie und Laboratoriumsdiagnostik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. „Wir streben alle nach einem langen und gesunden Leben. Es wird sehr spannend sein, welche Erkenntnisse wir in Zukunft gewinnen und wie wir damit gesundes Altern voranbringen können“, ergänzt Prof. Jean Krutmann, Direktor des IUF.

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* Über den Modellorganismus Caenorhabditis elegans
Der Fadenwurm C. elegans kommt aus verschiedenen Gründen häufig in der Alternsforschung zum Einsatz: Er ist ein multizellulärer Organismus mit einem kurzen Lebenszyklus und einer durchschnittlichen Lebensdauer von 15-20 Tagen. Sein Genom ist vollständig sequenziert und mehr als 60 Prozent seiner Gene haben die gleiche Struktur und Funktion wie menschliche Gene. Der Wurm ist mit einer Länge von 1 mm sehr klein, transparent und hat gut charakterisierte Phänotypen (Erscheinungsbilder) und Verhaltensweisen. Erstaunlicherweise finden sich einige mit dem Alter verbundene Merkmale, die im Menschen beobachtet werden, auch in C. elegans wieder: Mit dem Alter bilden sich Gewebe zurück, physiologische Funktionen und Stressresistenz lassen nach und die Sterbewahrscheinlichkeit nimmt zu. Diese evolutionär konservierten Eigenschaften können in C. elegans unter dem Mikroskop untersucht werden, um die Effekte von genetischen Einflüssen und Umwelteinflüssen auf den Alterungsprozess zu erforschen und wichtige Erkenntnisse für die menschliche Gesundheit zu erlangen.

Über das IUF
Das IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung gehört der Leibniz-Gemeinschaft an und ist ein An-Institut der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Seine Mitarbeiter untersuchen, durch welche molekularen Mechanismen Partikel, Strahlung und ausgewählte Umweltchemikalien die menschliche Gesundheit schädigen. Die vier Hauptarbeitsrichtungen sind umweltinduzierte kardiopulmonale Alterung, Hautalterung, Störungen des Nerven- und Immunsystems. Durch die Entwicklung neuartiger Modellsysteme arbeitet das IUF daran, die Risikoabschätzung zu verbessern und neue Strategien zur Prävention / Therapie umweltinduzierter Gesundheitsschädigungen zu identifizieren.

Weitere Informationen erhalten Sie unter:
http://www.iuf-duesseldorf.de / http://www.uni-duesseldorf.de / http://www.leibniz-gemeinschaft.de

Kontakt
Christiane Klasen, Referentin des Institutsdirektors
IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung
an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf gGmbH
Auf’m Hennekamp 50
40225 Düsseldorf
E-Mail: Christiane.Klasen@IUF-Duesseldorf.de
Telefon: 0211 3389 216

Originalpublikation:
Torgovnick A, Schiavi A, Shaik A, Kassahun H, Maglioni S, Rea SL, Johnson TE, Reinhardt HC, Honnen S, Schumacher B, Nilsen H, Ventura N: BRCA1 and BARD1 mediate apoptotic resistance but not longevity upon mitochondrial stress in Caenorhabditis elegans. EMBO Rep 2018. doi: 10.15252/embr.201845856. Link: https://www.doi.org/10.15252/embr.201845856