Wissenschaftler entdecken einen Ein-/Ausschalter für alternde Zellen

Wissenschaftler entdecken einen Ein-/Ausschalter für alternde Zellen

Der Schalter steuert das Wachstum von Telomeren, den Zeitnehmern der Zellen

LA JOLLA – Wissenschaftler am Salk Institute haben einen Ein- und Aus-„Schalter“ in Zellen entdeckt, der möglicherweise der Schlüssel zu gesundem Altern ist. Dieser Wechsel weist auf eine Möglichkeit hin, gesunde Zellen dazu zu ermutigen, sich auch im Alter weiter zu teilen und beispielsweise neues Lungen- oder Lebergewebe zu erzeugen.

In unserem Körper versorgen neu geteilte Zellen ständig Lunge, Haut, Leber und andere Organe mit Nährstoffen. Die meisten menschlichen Zellen können sich jedoch nicht unbegrenzt teilen – mit jeder Teilung verkürzt sich ein zellulärer Zeitmesser an den Enden der Chromosomen. Wenn dieser Zeitnehmer, Telomer genannt, zu kurz wird, können sich Zellen nicht mehr teilen, was zur Degeneration von Organen und Gewebe führt, wie es im Alter häufig vorkommt. Aber es gibt einen Weg, diesen Countdown zu umgehen: Einige Zellen produzieren ein Enzym namens Telomerase, das Telomere wieder aufbaut und es den Zellen ermöglicht, sich unbegrenzt zu teilen.

In einer neuen Studie, die am 19. September in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Gene und EntwicklungWissenschaftler des Salk Institute haben herausgefunden, dass Telomerase, selbst wenn sie vorhanden ist, ausgeschaltet werden kann.

Victoria Lundblad und Timothy Tucey

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Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Frühere Studien hatten gezeigt, dass die einmal zusammengesetzte Telomerase jederzeit verfügbar ist, wenn sie benötigt wird“, sagt der leitende Autor Vicki Lundblad, Professor und Inhaber des Ralph S. and Becky O'Connor Chair von Salk. „Wir waren überrascht, stattdessen zu entdecken, dass Telomerase im Wesentlichen über einen ‚Aus‘-Schalter verfügt, durch den sie zerlegt wird.“

Das Verständnis, wie dieser „Aus“-Schalter manipuliert werden kann – und dadurch den Prozess der Telomerverkürzung verlangsamt – könnte zu Behandlungen für Krankheiten führen Altern (zum Beispiel die Regeneration lebenswichtiger Organe im späteren Leben).

Lundblad und der Erstautor und Doktorand Timothy Tucey führten ihre Studien mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae durch, der gleichen Hefe, die zur Herstellung von Wein und Brot verwendet wird. Zuvor nutzte Lundblads Gruppe diesen einfachen einzelligen Organismus, um zahlreiche Erkenntnisse über Telomerase zu gewinnen und den Grundstein für ähnliche Erkenntnisse in menschlichen Zellen zu legen.

„Wir wollten in der Lage sein, jede Komponente des Telomerase-Komplexes zu untersuchen, aber das erwies sich als keine einfache Aufgabe“, sagte Tucey. Tucey entwickelte eine Strategie, die es ihm ermöglichte, jede Komponente während des Zellwachstums und der Zellteilung mit sehr hoher Auflösung zu beobachten, was zu einer unerwarteten Reihe von Entdeckungen darüber führte, wie – und wann – diese auf Telomere spezialisierte Maschine sich selbst zusammensetzt.

Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, muss ihr gesamtes Genom dupliziert werden. Während diese Vervielfältigung im Gange ist, entdeckte Tucey, dass die Telomerase als „Vorassemblierungs“-Komplex vorliegt und eine entscheidende molekulare Untereinheit fehlt. Aber wenn das Genom vollständig dupliziert wurde, verbindet sich die fehlende Untereinheit mit ihren Begleitern und bildet einen vollständigen, voll aktiven Telomerase-Komplex. An diesem Punkt kann Telomerase die Enden erodierender Chromosomen wieder auffüllen und eine robuste Zellteilung gewährleisten.

Überraschenderweise zeigten Tucey und Lundblad jedoch, dass der vollständige Telomerase-Komplex unmittelbar nach dem Zusammenbau schnell zerfällt und einen inaktiven „Demontage“-Komplex bildet – wobei der Schalter im Wesentlichen auf „Aus“ gestellt wird. Sie spekulieren, dass dieser Abbauweg ein Mittel sein könnte, um die Telomerase in der Zelle auf einem außergewöhnlich niedrigen Niveau zu halten. Obwohl der Abbau von Telomeren in normalen Zellen zum Alterungsprozess beitragen kann, sind Krebszellen im Gegensatz dazu auf erhöhte Telomerasewerte angewiesen, um ein unreguliertes Zellwachstum sicherzustellen. Der von Tucey und Lundblad entdeckte „Aus“-Schalter könnte dazu beitragen, die Telomerase-Aktivität unter diesem Schwellenwert zu halten.

Diese Forschung wurde unterstützt von der National Institutes of Health, die Fritz B. Burns Foundation und a Stipendium der Rose Hills Foundation.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Fakultäten grundlegende Fragen der Biowissenschaften in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.