anti-Aging"-Protein verlangsamt nachweislich das Zellwachstum und ist der Schlüssel zur Langlebigkeit

Die Menschen leben heute länger als je zuvor. Doch mit dem Anstieg der Lebenserwartung geht eine Zunahme von altersbedingten Krankheiten wie Krebs und Demenz einher.

Das Verständnis der Biologie des Alterns und die Kenntnis der Gene und Proteine, die an diesen Prozessen beteiligt sind, werden uns helfen, unsere "Gesundheitsspanne" zu verlängern - den Zeitraum, in dem die Menschen gesund und produktiv leben können, ohne altersbedingte Krankheiten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie hat unser Team ein neues Anti-Aging-Protein namens Gaf1 identifiziert. Wir fanden heraus, dass Gaf1 den Proteinstoffwechsel kontrolliert, einen Prozess, der mit Alterung und Krankheit in Verbindung gebracht wird. Wir fanden auch heraus, dass Zellen ohne Gaf1 eine kürzere Lebenserwartung haben.

Alterung und Ernährung

Das Altern ist ein komplexer Prozess, der sowohl von den Genen als auch von Umweltfaktoren wie der Ernährung abhängt. Es ist allgemein bekannt, dass eine kalorienreduzierte Ernährung die Lebensspanne verlängern kann. Dies gilt für eine Vielzahl von Organismen, darunter Hefe, Ratten und Affen. Kurzzeitstudien deuten darauf hin, dass sie auch beim Menschen die Gesundheit verbessert.

Inzwischen haben Wissenschaftler jedoch erkannt, dass möglicherweise nicht die Menge der aufgenommenen Kalorien, sondern die Menge bestimmter Nährstoffe - wie Aminosäuren (die Bausteine von Proteinen) - mit der Langlebigkeit zusammenhängt.

Die Zellen nehmen die Menge der Nährstoffe in ihrer Umgebung durch bestimmte Moleküle in unseren Zellen wahr. Eines dieser Moleküle ist das Enzym Target of Rapamycin, auch bekannt als TOR. TOR misst die Menge der im Körper vorhandenen und für die Zellen verfügbaren Aminosäuren.

Wenn unsere Zellen reichlich Aminosäuren haben, reguliert das TOR-Enzym unseren Stoffwechsel und weist die Zellen an, zu wachsen, indem es eine Menge Proteine herstellt. Dieser Vorgang wird als Protein-Translation bezeichnet.

Sind die Aminosäuren jedoch knapp, weist TOR den Körper an, in Alarmbereitschaft zu sein - ein Zustand, den Wissenschaftler als "milde Stressreaktion" bezeichnen. Heute wissen wir, dass diese "Stressreaktion" für die Zellen und den Organismus insgesamt vorteilhaft ist, während eine erhöhte Proteintranslation und ein erhöhter Proteinumsatz nachteilig sind. Der Grund dafür ist, dass die Langlebigkeit eng mit der Fähigkeit eines Organismus zusammenhängt, mit internen und externen Stressfaktoren effektiv umzugehen. Eine Zelle, die "in Alarmbereitschaft" ist, kommt besser zurecht. Eine Zelle, die in die Proteinumwandlung und damit in das Wachstum investiert, senkt ihre Abwehrkräfte und kann nicht so gut mit Stress umgehen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie analysierten Wissenschaftler beispielsweise den Umsatz von Proteinen in den Zellen verschiedener Tiere mit einer Lebensdauer von vier bis 200 Jahren. Dabei stellten sie fest, dass die länger lebenden Tiere einen geringeren Proteinumsatz und Energiebedarf in ihren Zellen haben als die kurzlebigen Tiere.

Nacktmulle hatten einen geringeren Proteinumsatz als Mäuse, die eine kurze Lebensdauer haben.Neil Bromhall/ Shutterstock

Unsere DNA ist Träger unserer genetischen Informationen. Gene sind Teile der DNA, und viele von ihnen sind für die Herstellung von Proteinen verantwortlich. Damit ein Protein gebildet werden kann, muss die Zelle eine Kopie (mRNA) des entsprechenden Gens herstellen, und zwar durch einen Prozess, der als Transkription bezeichnet wird. Die mRNA gibt den Ribosomen der Zelle die Reihenfolge vor, in der die Aminosäuren miteinander verknüpft werden sollen, um Proteine herzustellen.

Neben der mRNA und den Ribosomen benötigt die Zelle für die Proteinübersetzung auch Energie in Form von ATP, Aminosäuren und tRNAs (kleine Moleküle, die die Aminosäuren zu den Ribosomen transportieren). Die Übersetzung ist für eine Zelle sehr energieaufwändig, und jede Zelle kann Zehntausende von Ribosomen benötigen, um ihre Proteine zu übersetzen.

Je mehr Nahrung die Zelle hat, desto aktiver ist das TOR-Enzym, das die Zelle zum Wachstum und zur Teilung anregt, was wiederum Proteinübersetzung und Energieaufwand erfordert. Wenn TOR dagegen inaktiv ist (wie es bei einer eingeschränkten Ernährung der Fall ist), stoppt es die Translation, indem es die vorhandenen Ribosomen an der Arbeit hindert. Es stoppt auch die Produktion neuer Ribosomen.

Gaf1 und Alterung

Vor kurzem haben wir neue Funktionen des Gaf1-Proteins entdeckt. Gaf1 ist ein Transkriptionsfaktor, d. h. es handelt sich um ein Protein, das an die DNA der Zelle binden und bestimmte Gene aktivieren oder unterdrücken kann. Wenn TOR aktiv ist, befindet sich Gaf1 im Zytoplasma der Zelle und bindet nicht an die DNA. Wird TOR jedoch durch eine Diät oder Medikamente inaktiviert, kann Gaf1 in den Zellkern wandern und sich an die DNA binden.

Unser Team fand heraus, dass Gaf1, wenn es an die DNA bindet, alle Gene stoppt, die für die Herstellung von tRNAs verantwortlich sind. Es stoppt auch andere Gene, die für die Übersetzung benötigt werden, wie z. B. die Gene, die für die Herstellung von Ribosomen verantwortlich sind. Dies geschieht durch die Kontrolle eines Netzwerks von Genen, die für die Bereitstellung aller Bausteine zur Herstellung von Proteinen verantwortlich sind. Das bedeutet, dass Gaf1 dafür sorgt, dass die Zelle keine Energie mehr in die Translation investiert, indem sie die für diesen Prozess benötigten Komponenten nicht mehr herstellen kann. Dies ist jedoch nur vorübergehend und kann wieder rückgängig gemacht werden, sobald Aminosäuren verfügbar sind.

Wir haben auch festgestellt, dass Zellen, denen Gaf1 fehlt, kurzlebig sind. Wie bereits erwähnt, signalisiert TOR den Zellen, zu wachsen, was zu ihrer Alterung beiträgt. Wird TOR jedoch durch eine eingeschränkte Ernährung oder durch Medikamente gehemmt, wird das Wachstum gestoppt und die Lebensspanne verlängert. Ohne Gaf1 wird das Wachstum nicht gestoppt und die beobachtete Verlängerung der Lebensspanne findet nicht vollständig statt. Mit anderen Worten: Wir haben ein Molekül gefunden, das einen Teil der positiven Auswirkungen einer eingeschränkten Ernährung vermittelt.

In unserer Studie haben wir uns zwar speziell mit Hefe befasst, aber ähnliche Proteine wie Gaf1 gibt es auch bei vielen Tieren, einschließlich des Menschen, und es hat sich gezeigt, dass sie unsere Entwicklung und unsere Stammzellen kontrollieren, die beide wichtig dafür sind, ob wir Krankheiten wie Krebs entwickeln. Es ist möglich, dass diese Proteine beim Menschen die gleiche Funktion haben wie Gaf1 in der Hefe.

Die TOR-Funktion, das Zellwachstum und die Proteinproduktion sind wichtig für unsere Physiologie und unsere Lebenserwartung, können aber auch zur Entstehung bestimmter Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer beitragen. Unsere Studie hat gezeigt, wie Ernährungseinschränkungen bis hin zu den Genen der Zelle kontrolliert werden. Wenn wir dies wissen, können wir untersuchen, wie spezifische Medikamente oder Diäten die Funktion dieser Faktoren zu unserem Vorteil verändern können - was vielleicht sogar unsere Lebensdauer verlängern könnte.

Charalampos (Babis) Rallis, Dozent für Zellalterung, Universität von Essex

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.