Hinter dem altersbedingten kognitiven Rückgang verbirgt sich ein wenig bekanntes biologisches Phänomen: Unsere neuralen Stammzellen, diese Fabriken für Neuronen, gehen nicht zufällig aus. Singapurer Forscher haben gerade einen bisher übersehenen Mechanismus identifiziert, der ihre Ruhephase steuert. Dieser Fortschritt, veröffentlicht in
Science Advances, hilft uns besser zu verstehen, wie unser Gehirn mit den Jahren an Plastizität verliert.
Die Gehirnalterung folgt einer unerbittlichen Logik. Mit der Zeit treten die neuralen Stammzellen (NSZ) – diese wertvollen Zellen, die sich in funktionelle Neuronen verwandeln können – allmählich in einen Ruhezustand ein. Es ist, als ob sie nach Jahrzehnten treuer Dienste in den Ruhestand treten würden. Diese Abschaltung geht unweigerlich mit einem Rückgang der kognitiven Fähigkeiten einher, da Gedächtnis und Lernen ohne neue Neuronen zur Erneuerung unserer Gehirnschaltkreise weniger leistungsfähig werden.
Der Detektor für zelluläre Jugend
Um dieses Phänomen zu verstehen, muss man sich für die Telomere interessieren, diese schützenden Kappen an den Enden unserer Chromosomen. Bei jeder Zellteilung nutzen sie sich ein wenig mehr ab, ein Prozess, der mit einem Schnürsenkel vergleichbar ist, der mit der Zeit allmählich ausfranst. Wenn dieser Verschleiß zu groß wird, verlieren die neuralen Stammzellen ihre Teilungsfähigkeit und sterben schließlich ab oder werden seneszent. Diese programmierte Erosion ist eine der fundamentalen Uhren der Gehirnalterung.
Das Team der National University of Singapore hat den Schlüsselakteur dieses Prozesses identifiziert: das Protein DMTF1. Als wahrer genetischer Dirigent wirkt dieses Molekül wie ein Schalter, der die Expression bestimmter Gene aktivieren oder deaktivieren kann. Analysen zeigten seine reichliche Präsenz in jungen neuralen Stammzellen, während ältere Zellen dramatisch davon entbehren. Diese Korrelation faszinierte die Forscher sofort.
Im Labor erhöhten die Wissenschaftler künstlich die Menge an DMTF1 in alternden neuralen Stammzellen aus Mausmodellen und menschlichen Kulturen. Das Ergebnis übertraf ihre Erwartungen: Die Produktion neuer Neuronen setzte wieder ein, als ob die biologische Uhr zurückgedreht worden wäre. Bemerkenswerterweise erfolgt diese Wiederbelebung, ohne dass die Länge der Telomere wiederhergestellt wird, was darauf hinweist, dass DMTF1 einen alternativen Weg nutzt, um das Problem zu umgehen.
Die therapeutischen Versprechen und Grenzen
Der entdeckte Mechanismus erweist sich als subtiler als eine einfache Reparatur. DMTF1 aktiviert zwei Hilfsgene namens Arid2 und Ss18, die wiederum andere Gene stimulieren, die am Zellwachstum beteiligt sind. Es ist eine Aktivierungskaskade, die den neuronalen Produktionszyklus trotz der DNA-Abnutzung neu starten lässt. Diese Umgehungsstrategie eröffnet völlig neue therapeutische Perspektiven.
Auch wenn die Begeisterung berechtigt ist, mahnen die Forscher zur größten Vorsicht. Die Experimente wurden im Labor an Zellen und Mäusen durchgeführt, nicht an Menschen. Der Schritt zu einer klinischen Anwendung bleibt immens. Derrick Sek Tong Ong, ein an der Studie beteiligter Biochemiker, betont die Notwendigkeit, diese Mechanismen zunächst perfekt zu verstehen, bevor therapeutische Eingriffe in Betracht gezogen werden.
Ein großes Hindernis steht auf dem Weg zukünftiger Anwendungen: das Krebsrisiko. DMTF1 stimuliert die Zellteilung, und eine unkontrollierte Aktivierung könnte die Entstehung von Tumoren begünstigen. Die nächsten Schritte der Forschung müssen daher mit äußerster Strenge die Bedingungen bewerten, unter denen dieses Protein sicher eingesetzt werden könnte. Das Gleichgewicht zwischen neuronaler Regeneration und unkontrollierter Proliferation muss genau bestimmt werden.
Um weiterzugehen: Was sind Telomere und warum verkürzen sie sich?
Betrachten Sie die Schnürsenkel Ihrer Schuhe. An jedem Ende verhindert eine kleine Plastikkappe, dass der Schnürsenkel ausfranst. In unseren Zellen spielen die Telomere genau diese Rolle. Es sind schützende Kappen an den Enden unserer Chromosomen, diesen langen Fäden, die unsere DNA enthalten, das wertvolle Anleitungsbuch unseres Körpers. Ohne diesen Schutz würde unser genetisches Material bei jeder Nutzung Schaden nehmen.
Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, um eine neue zu schaffen, muss sie ihre gesamte DNA kopieren. Aber dieser Kopiervorgang ist unvollkommen: Das äußerste Ende des Chromosoms wird nicht kopiert. Folglich verkürzen sich die Telomere bei jeder Teilung leicht, wie eine Kerze, die brennt und jedes Mal, wenn man sie anzündet, kleiner wird. Je länger eine Zelle gelebt und sich oft geteilt hat, desto kürzer sind ihre Telomere.
Wenn die Telomere zu kurz werden, können sie die DNA nicht mehr effektiv schützen. Die Zelle erhält dann ein Alarmsignal: Sie hört auf, sich zu teilen, tritt in Seneszenz (einen Zustand des erzwungenen 'Ruhestands') ein oder stirbt. Deshalb erschöpfen sich Zellen mit dem Alter: Sie haben die Grenze ihres 'Zählers' für Teilungen erreicht. Dieser Mechanismus wirkt wie eine biologische Uhr, eine der grundlegenden Ursachen für die Alterung unserer Gewebe.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Science Advances