Zellen sind sich einig: Was dich nicht umbringt, macht dich stärker

Zellen sind sich einig: Was dich nicht umbringt, macht dich stärker

Salk-Wissenschaftler zeigen, dass sich Zellen an kurze Stressfaktoren anpassen, indem sie die Antioxidantien und die Energieproduktion längerfristig steigern

LA JOLLA – Wir haben alle den Ausdruck gehört: „Was dich nicht umbringt, macht dich stärker.“ Nun legt eine von einem Wissenschaftler des Salk Institute geleitete Forschung nahe, warum dies auf zellulärer Ebene wahr sein könnte. Das Team berichtet, dass kurze Belastungen durch Stressfaktoren von Vorteil sein können, indem sie die Zelle dazu veranlassen, eine anhaltende Produktion von Antioxidantien auszulösen, Molekülen, die dabei helfen, toxische Zellansammlungen im Zusammenhang mit dem normalen Stoffwechsel zu beseitigen.

Die Forschung, die in der Zeitschrift erschien Cell Metabolism am 16. August 2018 ergab außerdem, dass kurzfristiger Stress für Zellen zu einer Umgestaltung der Mitochondrien führt, den Kraftwerken der Zelle, die mit zunehmendem Alter verfallen, sodass sie weniger toxische Nebenprodukte erzeugen. Die Ergebnisse könnten zu neuen Ansätzen führen, um den zellulären Auswirkungen des Alterns entgegenzuwirken und möglicherweise sogar die Lebensdauer zu verlängern.

„Das Neue an dieser Studie ist, dass wir ein Modell entwickelt haben, mit dem wir die Produktion von Antioxidantien in Mitochondrien abschalten können, aber auf reversible Weise“, sagt Salk-Professor Gerald Shadel, der leitende Autor des Artikels. „So konnten wir diesen Stress für bestimmte Zeitfenster induzieren und sehen, wie Zellen darauf reagierten.“

Bei der Umwandlung von Nahrungsmitteln in chemische Energie produzieren Mitochondrien eine Chemikalie namens Superoxid, die in den Zellen eine entscheidende Rolle spielt, bei ihrer Anreicherung jedoch giftig ist. Aus diesem Grund produzieren Mitochondrien auch ein Enzym – Superoxiddismutase oder SOD –, um Superoxid in eine weniger toxische Form umzuwandeln.

Shadel wollte wissen, wie sich kurzfristiger zellulärer Stress, der durch mitochondriales Superoxid sehr früh in der Entwicklung verursacht wird, auf die Gesundheit im späteren Leben auswirken könnte. Deshalb leitete er ein Forscherteam der Yale School of Medicine und der Appalachian State University bei der Entwicklung eines Ansatzes, das SOD-Enzym für kurze Zeiträume auszuschalten, um zu untersuchen, wie Zellen und Tiere auf den zellulären Stress der toxischen Ansammlung reagierten.

Bei einer Gruppe genetisch identischer Mäuse im Mutterleib erlebte die Hälfte mit einem molekularen „Aus“-Schalter für SOD kurzzeitigen Stress, als das Enzym deaktiviert wurde. Nach der Geburt der Mäuse und ihrem weiteren Wachstum bis zum Erwachsenenalter sahen die beiden Gruppen sehr ähnlich aus. Aber Leberproben, die im Alter von vier Wochen entnommen wurden, zeigten eine auffallend andere Geschichte: Die Mäuse, deren SOD-Enzym kurzzeitig abgeschaltet worden war, um Stress in den Mitochondrien auszulösen, hatten – überraschenderweise – höhere Mengen an Antioxidantien, mehr Mitochondrien und weniger Superoxidansammlungen als die Mäuse, die dies getan hatten hatte keinen Stress erlebt. Darüber hinaus zeigten Zellen, die in Schalen gezüchtet wurden, von denen die Hälfte den SOD-Schalter enthielt, die gleichen Ergebnisse: Diejenigen, die kurze Stressphasen erlebten, erwiesen sich aus zellulärer Sicht als stressresistenter und gesünder.

Als das Team analysierte, welche Gene sowohl in den Laborschalen als auch in den Leberproben aller Mäuse aktiviert wurden, fanden sie in der SOD-Gruppe unerwartete molekulare Wege am Werk, die die Mitochondrien so umprogrammierten, dass sie weniger toxische Moleküle produzieren und gleichzeitig die Antioxidantien der Zellen erhöhen Kapazität.

Die Arbeit legt nahe, dass kurzfristiger mitochondrialer Stress zu langfristigen Anpassungen (ein Konzept namens „Mitohormese“) führen kann, die die Zellen länger gesund halten und Alterung und Krankheiten verhindern könnten. Als nächstes will Shadel untersuchen, ob der hier aufgeklärte Mechanismus die Auswirkungen des Alterns bei Säugetieren verzögern kann.

Shadel, Inhaberin des Audrey-Geisel-Lehrstuhls für Biomedizinische Wissenschaft, fügt hinzu: „Wir freuen uns darauf, zu testen, ob die einzigartigen Mitohormese-Signalwege, die wir in diesem neuen Mausmodell aufklären werden, gezielt eingesetzt werden können, um häufige altersbedingte Krankheiten wie Krebs, Alzheimer und Herz zu verhindern.“ Krankheit."

Weitere Autoren waren Carly S. Cox, Sharen E. McKay, Marissa A. Holmbeck und Annie J. Tsay von der Yale University; Brooke E. Christian von der Appalachian State University; und Andrew C. Scortea und Laura E. Newman aus Salk.

Die Arbeit wurde von den National Institutes of Health, der Yale School of Medicine und dem Salk Institute finanziert.