Warum altern Zellen und damit auch Menschen? Die Antwort könnte viel mit Mitochondrien zu tun haben, den Organellen, die Zellen mit Energie versorgen. Obwohl diese Idee nicht neu ist, fehlten direkte Beweise in menschlichen Zellen. Bis jetzt.
In einer in Communications Biology veröffentlichten Studie fand ein Team unter der Leitung von Forschern der Columbia University heraus, dass menschliche Zellen mit beschädigten Mitochondrien darauf reagieren, indem sie schneller werden und mehr Energie verbrauchen. Diese als Hypermetabolismus bezeichnete Anpassung verbessert zwar das kurzfristige Überleben der Zellen, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden: einem dramatischen Anstieg der Zellalterungsrate.
„Die Ergebnisse wurden in Zellen von Patienten mit seltenen mitochondrialen Erkrankungen gemacht , könnten aber auch für andere Erkrankungen relevant sein, die Mitochondrien betreffen, einschließlich neurodegenerativer Erkrankungen, entzündlicher Erkrankungen und Infektionen“, sagt der leitende Forscher Martin Picard, PhD, außerordentlicher Professor für Verhalten. Medizin (in Psychiatrie und Neurologie) am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University.
„Darüber hinaus könnte Hypermetabolismus ein Hauptgrund dafür sein, dass sich die meisten Zellen mit zunehmendem Alter verschlechtern.“
Mitochondriale Defekte, die durch seltene genetische Mutationen verursacht werden, führen dazu, dass menschliche Zellen ihren Stoffwechsel steigern. Dies trägt zwar zum kurzfristigen Überleben bei, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden: einem dramatischen Anstieg der Zellalterungsrate. Hypermetabolismus kann auch ein Hauptgrund dafür sein, dass sich die meisten Zellen mit zunehmendem Alter verschlechtern. BILDNACHWEIS: Columbia University Irving Medical Center (Martin Picard)
Hypermetabolische Zellen altern schneller
Es wurde allgemein angenommen, dass mitochondriale Defekte (die die Umwandlung von Nahrungsquellen in nutzbare Energie beeinträchtigen) die Zellen dazu zwingen würden, ihren Stoffwechsel zu verlangsamen, um Energie zu sparen. Bei der Analyse der Stoffwechselaktivität und des Energieverbrauchs in Zellen von Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen stellten die Forscher jedoch fest, dass Zellen mit beeinträchtigten Mitochondrien ihren Energieverbrauch verdoppeln. Darüber hinaus zeigte die erneute Analyse der Daten von Hunderten von Patienten mit unterschiedlichen mitochondrialen Erkrankungen, dass mitochondriale Defekte auch die energetischen Lebenskosten auf der Ebene des gesamten Körpers erhöhen.
Obwohl dieser Energieanstieg die Zellfunktion aufrechterhält, baut er auch die Telomere der Zellen (Kappen, die die Enden unserer Chromosomen schützen) ab und aktiviert Reaktionen auf Stress und Entzündungen. Der Nettoeffekt beschleunigt die biologische Alterung.
„Wenn Zellen mehr Energie aufwenden, um Proteine und andere Substanzen zu produzieren, die für das kurzfristige Überleben wichtig sind, stehlen sie wahrscheinlich Ressourcen von Prozessen, die das langfristige Überleben sichern, wie zum Beispiel die Aufrechterhaltung der Telomere“, sagt Gabriel Sturm, Student und Hauptautor von diese Studie.
Hypermetabolismus, Müdigkeit und Alterung
Dieser hypermetabolische Zustand könnte erklären, warum Menschen mit mitochondrialen Erkrankungen unter anderem unter Müdigkeit und Belastungsunverträglichkeit leiden. „Um den zusätzlichen Energieverbrauch in Ihren Zellen auszugleichen, sagt Ihnen Ihr Körper, dass Sie sich nicht zu sehr anstrengen sollen, um Energie zu sparen. „Wir werden wahrscheinlich die gleiche Dynamik erleben, wenn die Menschen älter werden und ihre Vitalität abnimmt “, sagt Picard.
Die Studie weist nicht auf neue Heilmittel für Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen hin, die derzeit nicht behandelbar sind, bekräftigt jedoch die aktuellen Empfehlungen für Patienten, sich mehr zu bewegen. „Das mag kontraintuitiv erscheinen, denn wenn man aktiver ist, verbraucht man mehr Energie und verschlimmert möglicherweise seine Symptome“, sagt Sturm. „Aber Bewegung steigert bekanntermaßen die Leistungsfähigkeit eines Organismus. „Eine Person, die beispielsweise läuft, verbraucht weniger Energie, um grundlegende Körperprozesse aufrechtzuerhalten, als jemand, der körperlich nicht aktiv ist.“
Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Körpers, die den Energieverbrauch in den Zellen reduzieren und Müdigkeit und andere Symptome lindern würde, könnte teilweise die gesundheitlichen Vorteile von Bewegung bei Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen und gesunden Menschen erklären.
Bei ihrer Suche nach neuen Behandlungsmethoden für mitochondriale Erkrankungen sollten sich Forscher auf den Hypermetabolismus konzentrieren, sagt Picard. „Obwohl mitochondriale Defekte die Fähigkeit der Zellen zur Energieproduktion beeinträchtigen, ist ein Energiemangel möglicherweise nicht der primäre Auslöser der Krankheit. Unsere Studie zeigt, dass diese Mängel den Energieverbrauch erhöhen. Um die Nadel therapeutisch zu bewegen, müssen wir möglicherweise auf den Hypermetabolismus abzielen. „Wir brauchen mehr Forschung, um zu wissen, ob das funktionieren würde.“
Hypermetabolismus kommt auch bei anderen Krankheiten häufig vor. Wenn ein erhöhter zellulärer Energieaufwand eine ursächliche Rolle beim Vorantreiben des Alterungsprozesses spielt, kann die gezielte Bekämpfung des Hypermetabolismus eine Möglichkeit sein, Müdigkeit zu lindern, die Lebensqualität der Menschen zu verbessern oder sogar das biologische Altern zu verzögern.
