Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellbiologie: Vorboten des Alterns

26.01.2016

Drosophila in der Midlife Crisis: LMU-Wissenschaftler haben altersbedingte Veränderungen bei Fruchtfliegen in der Lebensmitte untersucht und zeigen, wie Stoffwechsel und Genetik zusammenhängen.

Der Alterungsprozess aller Lebewesen ist von Veränderungen im Organismus gekennzeichnet, die die Entstehung von Krankheiten begünstigen. Insbesondere lässt die Stoffwechselaktivität nach, und es kommt zu Fehlern bei der Genregulation.


Drosophila

Wissenschaftler um Axel Imhof, Professor für Molekularbiologie am Biomedizinischen Centrum (BMC) der LMU, und Andreas Ladurner, Professor für Physiologische Chemie am BMC, haben nun am Beispiel der Fruchtfliege Drosophila nachgewiesen, dass derartige altersbedingte Veränderungen schon im mittleren Lebensabschnitt auftreten.

Die Aufklärung der beteiligten Signalwege zeigte, dass eine bestimmte chemische Modifikation – die Acetylierung von Proteinen – das Bindeglied zwischen stoffwechselbedingten und genetischen Alterungserscheinungen ist. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin EMBO reports.

Mit zunehmendem Alter nimmt in der Regel die Funktion der Mitochondrien, der Kraftwerke in den Zellen höherer Organismen, kontinuierlich ab. Dementsprechend verkürzen Mutationen, die die Mitochondrien treffen, die Lebensdauer. Andererseits zeigen verschiedene Studien, dass die Hemmung der mitochondriellen Aktivität, etwa durch Nahrungsentzug, das Leben verlängern kann.

„Daher kann der Hauptgrund des Alterns nicht einfach eine herabgesetzte Stoffwechselaktivität sein, sondern die Zusammenhänge müssen komplexer sein“, folgert Imhof. Bisher wurden Alterungsprozesse vor allem durch den Vergleich junger und alter Organismen erforscht. „Aber im hohen Alter sind viele physiologische Vorgänge schon abgeschlossen, sodass Zusammenhänge schwer erkennbar sind. Deshalb haben wir an der Fruchtfliege Drosophila untersucht, ob Stoffwechselveränderungen und bestimmte Modifikationen, die die Genaktivität beeinflussen, schon an der Schwelle zum Altern nachweisbar sind, und ob und wie diese Prozesse sich gegenseitig beeinflussen“, sagt Imhof.

Chemische Modifikationen werden häufiger

Auf der Stoffwechselebene entdeckten die Wissenschaftler zu ihrer Überraschung, dass Fruchtfliegen in ihrer Lebensmitte einen erhöhten Sauerstoffbedarf haben – ein Hinweis auf eine Umstellung des Stoffwechsels, bei der die Mitochondrien zunächst aktiver zu werden scheinen. Tatsächlich fanden die Wissenschaftler auch mehr Acetyl-CoA.

Dieses Molekül wird in den Mitochondrien produziert und ist an zahlreichen Prozessen des Energiestoffwechsels entscheidend beteiligt. Andererseits ist es auch eine wichtige Quelle für Acetylgruppen, mit denen Proteine chemisch modifiziert werden können. „Acetylgruppen werden durch bestimmte Enzyme an Proteine angehängt und durch andere Enzyme wieder entfernt. Auf diese Weise kann die Proteinfunktion gesteuert werden“, sagt Ladurner. „Unsere Untersuchungen zeigten, dass bei Fliegen in der Lebensmitte viele Proteine häufiger acetyliert vorliegen als bei jungen Tieren.“

Dieser Befund betrifft sowohl Proteine, die an Stoffwechselprozessen beteiligt sind, als auch solche, die für die Genregulation wichtig sind: Die DNA ist im Zellkern dicht gepackt und in einen schützenden Mantel aus Histonproteinen eingebettet. Welche Gene wann und wo aktiv sind, wird über chemische Modifikationen reguliert – dazu gehört auch die Histon-Acetylierung.

„Wir konnten zeigen, dass bei mittelalten Fliegen die Histone übermäßig acetyliert sind“, sagt Imhof. „Dadurch weicht die dichte Packung der DNA auf und das Erbmaterial wird schlampiger abgelesen, sodass Fehler bei der Umsetzung der genetischen Information entstehen. Beispielsweise kann so eigentlich stillgelegtes Erbmaterial wieder aktiv werden.“ Ladurner ergänzt: „Mitten im Leben produzieren die Fliegen ein Übermass an acetylierten Proteinen, und erleben sozusagen zu viel des Guten.“

Blockade steigert Lebenserwartung

Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Acetylierung ein Schlüsselfaktor des Alterungsprozesses ist und sowohl im Stoffwechsel als auch bei Veränderungen der Genregulation eine wichtige Rolle spielt. „Dabei scheint eine zunehmende Acetylierung der Proteine die Lebenserwartung herabzusetzen“, sagt Ladurner, „denn sowohl die Hemmung eines Enzyms, das spezifisch Acetylgruppen auf die Histone überträgt, als auch die Abschwächung der Acetyl-CoA-Produktion konnten manche altersbedingten Veränderungen in den Tieren zurücksetzen und führten zu einem längeren und aktiveren Leben der untersuchten Fliegen.“

In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob ein ähnlicher Effekt auch bei Säugetieren beobachtet werden kann. „Sollte das der Fall sein, wären insbesondere Enzyme, die spezifisch Histone acetylieren, interessante Ziele für die Entwicklung neuer Wirkstoffe zur Therapie altersbedingter Fehlregulationen“, sagt Imhof. „Solch ein Inhibitor wäre wahrscheinlich dann besonders gut, wenn er die Enzymaktivität nur abschwächen, nicht aber komplett hemmen würde.“

Publikation:
Lifespan extension by targeting a link between metabolism and histone acetylation in Drosophila
Shahaf Peleg, Christian Feller, Ignasi Forne, Evelyn Schiller, Daniel C. Sévin, Tamas Schauer, Catherine Regnard, Tobias Straub, Matthias Prestel, Caroline Klima, Melanie Schmitt Nogueira, Lore Becker, Thomas Klopstock, Uwe Sauer, Peter B. Becker , Axel Imhof* and Andreas G. Ladurner*
EMBO Reports 2016

Kontakt:
Prof. Dr. Axel Imhof
Biomedical Center Munich
Molekularbiologie
Tel.: 089-2180-75-428
imhof@lmu.de
http://www.molekularbiologie.abi.med.uni-muenchen.de/ueber_uns/imhof/index.html

Prof. Dr. Andreas Ladurner
Biomedical Center Munich
Physiologische Chemie
andreas.ladurner@med.lmu.de
http://www.physiolchemie.abi.med.uni-muenchen.de/research/ladurner/index.html

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie