Rätselhafte Vorgänge entschlüsseln: Dem Altern auf der Spur
Anti-Aging-Versprechen in der Kosmetik, Marketingkonzepte speziell für Menschen 50+ oder Konsequenzen durch die Pensionierungswelle der Boomer-Generation: Das Altern ist in der Gesellschaft allgegenwärtig. Weniger offensichtlich, dennoch ständig präsent, ist dieser Prozess in unseren Zellen. Das Altern und altersbedingte Krankheiten bringen große Herausforderungen mit sich, auf ganz unterschiedlichen Ebenen. Daher drehen sich zahlreiche Forschungsprojekte um die Zellalterung. Wir laden Sie an dieser Stelle ein, sich mit uns auf eine Forschungsreise zu begeben. Unser Ziel: neue Wege, um den Prozess der Zellalterung zu verstehen und den Herausforderungen durch altersbedingte Krankheiten zu begegnen.
Das Altern ist ein Vorgang, der alle biologischen Organismen von ihrer Entstehung bis zu ihrem Ende begleitet. Wie genau dieser Prozess abläuft, ist bislang nicht eindeutig geklärt. Es gibt viele unterschiedliche Forschungshypothesen, um dieses Phänomen zu erklären. Dem Altern haftet daher nach wie vor ein etwas rätselhafte Charakter an. Gleichzeitig werden die Menschen immer älter, dieser Prozess dehnt sich also aus. Das verändert unsere Gesellschaft auf unterschiedlichen Ebenen und fordert natürlich die Medizin. Krankheiten wie Alzheimer, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck und Krebs werden häufiger. Das gleiche gilt für chronische Wunden, die verstärkt bei älteren Personen auftreten. Die Konsequenz daraus: Die medizinische Versorgung der immer älter werdenden Bevölkerung erfordert neue Ansätze. Das ist auch einer der Gründe dafür, warum SHoW, die Ludwig Boltzmann Forschungsgruppe für Alterung und Wundheilung, gegründet wurde.
Die biomedizinische Forschungsplattform von SHoW unter der Leitung von Dr. Mikolaj Ogrodnik arbeitet an der Entwicklung neuer Therapien. Dafür braucht es allerdings zuerst ein Verständnis für den grundlegenden Prozess des Alterns. Dieser Forschungspfad führt in die kleinste strukturelle und funktionale Einheit von Organismen, in die Zelle. Begleiten Sie uns nun auf eine Reise in die faszinierende und zugleich komplexe Welt der Zellen. Was Sie erwartet? Mikroskopisch genaue Einblicke in den Alterungsprozess und gleichzeitig unerwartete Verbindungen zu den Vorgängen bei der Entwicklung und Regeneration von Organismen. Außerdem möchten wir Ihnen den „naturwissenschaftlichen Rosettastein“ vorstellen. Er bezeichnet ein Konzept, das vom biomedizinischen Forschungsteam von SHoW kürzlich in einen Beitrag in der Zeitschrift Developmental Cell veröffentlicht wurde. Entwickelt haben dieses Konzept allen voran Dr. Mikolaj Ogrodnik, Dr. Nadja Ring und Karla Valdivieso, MSc. Es eröffnet neue Perspektiven auf die Prozesse der Heilung und Regeneration und kann zugleich zur Entschlüsselung der Rätselhaftigkeit des Alterns beitragen. Sie sind bereit für unsere Reise? Dann folgen Sie uns, es gibt viel zu entdecken!
Was gegensätzlich scheint, wirkt doch zusammen
Das Altern von Organismen wird stark mit dem Vorgang der zellulären Seneszenz in Verbindung gebracht. In seneszenten Zellen steht der Zellzyklus still, das bedeutet, dass sie sich nicht mehr teilen können und auf diesem Weg neue Zellen entstehen. Darüber hinaus enthalten sie entzündungsfördernde Faktoren. Eine Entzündung ist nützlich für Organismen, denn so können Bakterien und Viren entfernt werden. Bei der Alterung sind Entzündungen jedoch durchwegs vorhanden, was sehr problematisch ist. Für die Entwicklung und Regeneration von Organismen ist eine Fähigkeit entscheidend, die eine grundlegende Veränderung in der Zelle bewirkt: die zelluläre Plastizität. Sie bezeichnet das Vermögen von Zellen, ihre Identität zu wechseln. Sie „differenzieren“ und „entdifferenzieren“ sich. Differenziert sich eine Zelle, kann sie spezielle Funktionen übernehmen. Die Entdifferenzierung dagegen läuft in die umgekehrte Richtung ab, die Zelle bildet sich in ihrer Spezialisierung zurück. Die Entdifferenzierung wird oft mit Tumorzellen in Verbindung gebracht.
Auf den ersten Blick scheinen Seneszenz und zelluläre Plastizität gegensätzlich zu sein: Auf der einen Seite wird ein Stillstand herbeigeführt, auf der anderen Seite kommt es zu einer Veränderung. Erst ein genaueres Hinsehen lässt einen Zusammenhang zwischen diesen Phänomenen erkennen. Spezifische Signale, die die Seneszenz in Zellen auslösen, bewirken gleichzeitig, dass sich diese Zellen nicht entdifferenzieren. Bei den Zellen in ihrer Umgebung fördern senszente Zellen jedoch genau diese Entwicklung hin zu einer geringeren Spezialisierung. Sie regen ihre Zellplastizität an. Die unterschiedlichen Rollen, die seneszente Zellen übernehmen, wirken paradox. Doch genau dieses Paradox weist darauf hin, zu welchen unterschiedlichen Ergebnissen zelluläre Seneszenz führen kann und wie sie mit der Zellplastizität zusammenwirkt.
Die Beschreibung dieser Zusammenhänge hat sie erschöpft und Sie haben das Ziel unsere Reise aus den Augen verloren? Bleiben Sie bitte dran! Es geht weiter, bald sind wir am Ziel.
Funktionen verstehen, ihre Zusammenhänge erkennen und so Lösungen ermöglichen
Derzeit gibt es in der Forschung noch nicht genügend aussagekräftige Belege dafür, dass der Prozess des Alterns eindeutig auf die Seneszenz in Zellen zurückzuführen ist. Die Ergebnisse vieler Experimente lassen aber darauf schließen, dass zelluläre Seneszenz die Symptome und den Verlauf altersbedingter Erkrankungen vorantreibt. An dieser Stelle ist es entscheidend darauf hinzuweisen, dass seneszente Zellen nicht nur bei der Alterung und bei altersbedingten Erkrankungen auftreten. Vielmehr sind sie auch an Entwicklungs- und Regenerationsprozessen beteiligt. Dabei stehen sie im Zusammenspiel mit einer mittlerweile guten Bekannten, der Zellplastizität. Der Identitätswechsel, den die Zellplastizität ermöglicht, ist wesentlich dafür, dass Zellen sich vermehren, dass sie wandern und neue Funktionen übernehmen. Seneszente Zellen wiederum können, wie zuvor bereits angeführt, diese Vorgänge unterstützen, weil sie die Plastizität benachbarter Zellen fördern.
Ein konkretes Beispiel dafür: Während der Entwicklung der menschlichen Finger sind seneszente Zellen an der Fingerspitze vorhanden. Sie bewirken, dass die anderen Zellen, die an der Ausbildung der Finger beteiligt sind, ihre Aufgabe adäquat erfüllen. Durch die seneszenten Zellen bleiben diese Zellen entifferenziert, wenn es notwendig ist, und sie differenzieren sich, wenn der Finger fertig ausgebildet ist. Dass der Mensch über funktionierende Finger verfügt, ist also zum Teil auf die zelluläre Seneszenz zurückzuführen, die die Zellplastizität während dieser Entwicklung beeinflusst. Bei der Entwicklung und Regeneration werden die seneszenten Zellen aus dem Gewebe entfernt, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben. Bei der Alterung dagegen verbleiben sie dort. Das ist problematisch und hat negative Folgen für einen Organismus wie beispielsweise altersbedingte Erkrankungen.
Was sich aber aus all dem schlussfolgern lässt und schließlich an das Ziel unserer Forschungsreise in das Zellinnere führt: Zu verstehen, wie Seneszenz bei der Entwicklung und Regeneration von Organismen funktioniert, kann entscheidend dazu beitragen, sich ihrer Wirkung im Prozess des Alterns und bei altersbedingten Erkrankungen weiter anzunähern. Neue Einsichten in die Vorgänge, warum und wie genau seneszente Zellen die Zellen in ihrer Umgebung während der Regeneration und Entwicklung beeinflussen, können zur Entwicklung neuer medizinischer Interventionen führen. Sie können sich genau gegen seneszente Zellen richten und diese ausschalten. Derart sind wichtige Fortschritte möglich, die den Verlauf und die Symptome altersbedingter Erkrankungen lindern können.
Der „naturwissenschaftliche Rosettastein“
Nun folgt die Belohnung für Ihren Wissensdurst, Sie haben es sich wirklich verdient: die feierliche Enthüllung des „naturwissenschaftlichen Rosettasteins“. Die Entschlüsselung des Steins von Rosetta führte zur Übersetzung ägyptischer Hieroglyphen. Mit Hilfe der dionischen und altgriechischen Inschriften auf dieser Steinplatte konnten die dort ebenfalls festgehaltenen Hieroglyphen mit demselben Textgehalt entziffert werden. Insgesamt finden sich dort also drei Sprachen und das Verständnis von zwei dieser Sprachen ermöglichte die Übersetzung der dritten. Analog dazu, hat sich das biomedizinische Forschungsteam von SHoW der Wirkung seneszenter Zellen bei der Alterung und bei altersbedingten Krankheiten über ihre Wirkung bei den Prozessen der Entwicklung und Regeneration von Organismen angenähert. Wie bei den Sprachen auf dem Rosettastein kann das Verständnis für die Funktion von Seneszenz bei den beiden Vorgängen der Entwicklung und der Regeneration entscheidend zum Verständnis ihrer Funktion beim dritten Vorgang, der Alterung, beitragen.
Der „naturwissenschaftliche Rosettastein“ von Dr. Mikolaj Ogrodnik und seinen Kolleg:innen bietet einen innovativen Rahmen für die weitere Erforschung der zellulären Seneszenz und ihrer Rolle bei der Alterung und altersbedingten Erkrankungen.
Sie möchten noch tiefer in dieses Thema eintauchen? Hier finden Sie die Forschungsarbeit: https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(22)00245-3.