Longevity-Forschung: Warum die biologische Uhr bei jedem anders tickt
Epigenetische Uhren bestimmen biologisches Alter. Bisher war unklar, warum sie so zuverlässig sind. Jenaer Forschern gelang nun ein Durchbruch.
Einem Sprichwort zufolge ist man so alt, wie man sich fühlt. Tatsächlich kann sich das biologische Alter deutlich vom kalendarischen Alter unterscheiden, denn Menschen altern unterschiedlich schnell. Dies ist teils auf den Lebensstil zurückzuführen: Menschen ernähren sich unterschiedlich, treiben unterschiedlich oft Sport und haben unterschiedlich viel Stress.
Aber auch Umweltfaktoren und Krankheiten können dazu führen, dass der Prozess des Alterns unterschiedlich schnell verläuft. All dies hat Auswirkungen auf den menschlichen Körper und dessen gesamte Biologie. Daher können sich Menschen, die dasselbe kalendarische Alter haben, auch unterschiedlich alt fühlen.
Dies erklärt auch, warum einige Menschen früher sterben als andere (sofern sie keinen Unfall oder keine schweren Krankheiten erlitten): Sie sind einfach schneller gealtert, ihr biologisches Alter lag wesentlich höher als ihr kalendarisches. Andererseits kann man auch im hohen Alter noch immer topfit sein. In diesem Fall ist das biologische Alter niedriger als das kalendarische.
DNA-Methylierung: Von Horvaths Entdeckung zum wichtigsten Biomarker
Um diese Unterschiede zu messen, werden seit einigen Jahren epigenetische Uhren eingesetzt. Diese nutzen epigenetische Marker. In den meisten Fällen wird dazu das alternsbedingte Muster der DNA-Methylierungsstellen genutzt. Diese chemischen Markierungen auf der DNA können beeinflussen, welche Gene "eingeschaltet" sind und welche nicht.
Im Jahr 2013 entdeckte der Alternsforscher Steve Horvath, dass sich einige dieser Schalter systematisch mit dem Älterwerden verändern. Mit dem von Horvath entwickelten Altersprädiktor auf Basis von 353 ausgewählten CpG-Methylierungsstellen ließ sich das biologische Alter einer Person genau vorhersagen.
Heute zählen epigenetische Uhren zu den wichtigsten Biomarkern der Alternsforschung, an ihrer Zuverlässigkeit bestehen kaum noch Zweifel.
Da das biologische Alter fast immer in der Nähe des kalendarischen Alters liegt, werden epigenetische Uhren mitunter auch eingesetzt, um das tatsächliche Alter einer Person zu bestimmen. Beispielsweise, wenn Flüchtlinge angeben, noch minderjährig zu sein, obwohl sie deutlich älter aussehen. In solchen Fällen kann die epigenetische Uhr konkrete Hinweise liefern.
Die epigenetische Uhr als "Black Box": Das Rätsel der Funktionsweise
Bisher gab es allerdings ein Problem: Auch wenn epigenetische Uhren präzise sind, war bisher unklar, welche biologischen Prozesse die Uhren tatsächlich widerspiegeln. In Fachkreisen bezeichnete man die Altersuhren daher auch als "Black Box".
Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena haben sich dieser Herausforderung nun angenommen. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Jerusalem, Edinburgh und London untersuchten sie vor allem die Genabschnitte, die bei etablierten epigenetischen Uhren verwendet werden.
"Epigenetische Uhren liefern beeindruckend präzise Vorhersagen des chronologischen Alters. Dennoch wissen wir bislang überraschend wenig über die biologischen Mechanismen, die hinter diesen Vorhersagen stehen", erklärt Tushar Patel, Erstautor der Studie, in einer Pressemitteilung.
Die Forscher legten den Fokus ihrer Arbeit, die im Fachjournal Nucleic Acids Research veröffentlicht wurde, auf Bindestellen von sogenannten Transkriptionsfaktoren. Bei diesen handelt es sich um Eiweiße, die die Gene an- oder abschalten und damit zentrale Prozesse der Genregulation steuern.
Die Ergebnisse überraschten die Wissenschaftler: Viele der Abschnitte, die in etablierten Altersuhren genutzt werden, lagen nicht in den Bereichen, in denen sich die Bindestellen für Transkriptionsfaktoren befinden.
Eine neue Uhr liefert Erklärungen
Die Forscher nutzten die gewonnenen Erkenntnisse daher, um eine neue epigenetische Uhr zu entwickeln: Die sogenannte TFMethyl Clock. Die Idee dahinter: Wenn man gezielt alternsabhängige DNA-Methylierungsstellen nutzt, in denen die Bindungsregionen von Transkriptionsfaktoren liegen, könnte man die epigenetischen Uhren verbessern und mehr über die dahinterliegenden Prozesse erfahren.
Die Ergebnisse der Wissenschaftler überzeugen: Die neue epigenetische Uhr war mindestens genauso präzise wie die bisher etablierten Verfahren, in einigen Fällen war sie sogar genauer. Der eigentliche Vorteil ist jedoch ein anderer: Die neue Methode liefert konkrete Hinweise auf die Ursachen hinter dem Alterungsprozess.
"Unser Modell gehört zu den bislang genauesten epigenetischen Uhren, die entwickelt wurden. Noch wichtiger ist jedoch, dass es, im Gegensatz zu anderen epigenetischen Uhren, Hinweise auf die biologischen Mechanismen liefert, die unser Altern unmittelbar beeinflussen können", betont Alena van Bömmel, Letztautorin und korrespondierende Autorin der Studie.
Entzündungsreaktionen und ein gestörter Fettstoffwechsel
Das Team stieß zum Beispiel auf Signalwege, die mit Entzündungsbotenstoffen und dem Fettstoffwechsel zusammenhängen.
Auffällig war demnach der Zusammenhang mit dem Entzündungsbotenstoff Interleukin-1β. Dieser hilft dem Körper normalerweise bei der Abwehr von Infektionen, bei einer Fehlregulation kann er allerdings auch unterschwellige chronische Entzündungen hervorrufen, die mit altersbedingten Krankheiten wie Rheuma in Verbindung gebracht werden.
Die Wissenschaftler fanden auch Hinweise auf Gene, die den Stoffwechsel langkettiger Fettsäuren beeinflussen. Diese sind ein wichtiger Bestandteil von Zellmembranen und beeinflussen biologische Stoffwechselprozesse. Bei einer Störung der Produktion bestimmter Fettsäuren kann der Alterungsprozess deutlich schneller vonstattengehen.
Mit ihrer Studie ist es den Forschern also nicht nur gelungen, eine verbesserte Methode zur Bestimmung des biologischen Alters zu entwickeln. Ihre Arbeit liefert auch Möglichkeiten, die biologischen Prozesse des Alterns systematisch zu untersuchen.
Langfristig kann dies dazu beitragen, Alterungsprozesse früher zu erkennen und neue Ansatzpunkte für Prävention und Therapie alternsbedingter Erkrankungen gezielter zu entwickeln.