Altern im Zeitraffer

Die Bevölkerung altert zunehmend. Obwohl ein gesundes Altern immer häufiger ist, nimmt das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und neurodegenerative Erkrankungen mit dem Alter zu. Bereits heute leiden in Deutschland rund eine Million Menschen an einer Demenz. Bis zum Jahr 2050 könnte sich diese Zahl - bedingt durch die steigende Lebenserwartung - bis auf das Dreifache erhöhen. Denn mit zunehmendem Alter steigt auch das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer. Dr. Daniele Bano ist Leiter der Arbeitsgruppe „Altern und Neurodegeneration“ am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e. V. (DZNE). Gemeinsam mit seinen Mitarbeitern untersucht er die genetischen Grundlagen und physiologischen Mechanismen von Alterungsprozessen, um die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen aufzuklären.

In den letzten Jahren haben verschiedene Forschungsarbeiten gezeigt, dass mit dem Alter auch die Verbindungen zwischen Nervenzellen abnehmen. Dieser Verlust an Konnektivität zwischen Nervenzellen scheint der Grund für die Gedächtnisstörungen bei neurodegenerativen Erkrankungen zu sein. Daher wollen Bano und sein Team Gene finden, die diesen Alterungsprozess im Gehirn aufhalten können. Das bevorzugte Untersuchungsobjekt ist der Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Das nicht ganz einen Millimeter große Tier hat eine Lebenserwartung von nur etwa drei Wochen. An ihm können die DZNE-Forscher Alterungsprozesse wie im Zeitraffer verfolgen und sehr viel schneller Ergebnisse erzielen als beispielsweise mit Mäusen, die eine höhere Lebenserwartung haben. Außerdem sind Fadenwürmer kostengünstiger, leichter zu vermehren und einfacher genetisch manipulierbar. Alterungsprozesse bei Würmern und Menschen sind sehr ähnlich, denn wichtige Gene existieren in beiden Organismen. „Mit Fadenwürmern können wir grundlegende genetische Untersuchungen machen und Gene identifizieren, die wahrscheinlich eine wichtige Rolle für die Gehirnarchitektur oder neuronale Physiologie spielen“, so Bano. „Die testen wir dann in höheren Tiermodellen wie Mäusen, um damit eine bessere Übertragbarkeit auf den Menschen zu erreichen.“

Fadenwürmer, die deutlich länger leben als ihre Artgenossen, werden auf Varianten in ihren Genen hin untersucht, die zu ihrer längeren Lebensspanne geführt haben. In verschiedenen Experimenten mit genetisch veränderten Fadenwürmern beobachten die DZNE-Forscher, wie sich deren genetische Ausstattung auf den Alterungsprozess auswirkt. Dazu beeinflussen sie auch gezielt bestimmte Gene, die mit dem Alterungsprozess im Zusammenhang stehen, drehen ihre Aktivität hoch oder herunter oder schalten sie ganz aus. Bano: „Weiterhin untersuchen wir, in welche Stoffwechselvorgänge diese Gene involviert sind und, inwieweit diese auch bei den Alterungsprozessen des Menschen eine Rolle spielen. Es ist heute bekannt, dass veränderte Stoffwechselwege im Alter einen hohen Einfluss auf Störungen und den Abbau von Nervenzellen, den Ursachen neurodegenerativer Erkrankungen haben. Wie das geht, wissen wir aber noch nicht.“ Auch die Arbeitsgruppe von Dr. Dan Ehninger beschäftigt sich damit, welchen Einfluss der Alterungsprozess auf neurodegenerative Erkrankungen hat. Ehninger leitet seit Februar 2010 die Nachwuchsgruppe „Molekulare und zelluläre Kognition“. Aufbauend auf Forschungsergebnissen mit Fadenwürmern will er mit Hilfe des Mausmodells die Auswirkungen von Alterungsprozessen auf das Gehirn verstehen und untersuchen, wie sich Verhalten, Lernen und Gedächtnis mit dem Älterwerden verändern. Zur Beantwortung dieser Fragen werden Ehninger und seine Kollegen mit Mäusen arbeiten, bei denen sie den Alterungsprozess künstlich nach hinten verschieben.

Mäuse leben länger, wenn sie mit Rapamycin gefüttert werden, einem Medikament, das unter anderem zur Immunsuppression bei Organtransplantationen genutzt wird. Es hat eine Wirkung auf das Enzym mTOR, das verschiedenste Funktionen in der Signalübertragung des Stoffwechsels hat und mit Alterungsprozessen in Zusammenhang steht. mTOR stimuliert zum einen die Herstellung von Proteinen und hemmt zum anderen den Stoffabbau innerhalb der Zellen. Rapamycin greift in diese Stoffwechselprozesse ein. Im Alzheimer-Tiermodell konnte der Ausbruch der Krankheit durch Rapamycin deutlich nach hinten verschoben werden. „Wir wollen herausfinden, worauf genau diese Lebensverlängerung und das Verschieben des Krankheitsausbruchs beruhen. Darüber hinaus interessiert uns natürlich auch welchen Effekt das Hinauszögern des Alterungsprozesses auf die Hirnalterung hat und, ob auch altersbedingte Lernstörungen dadurch nach hinten verschoben werden können“, sagt Ehninger.

Der Einfluss von aktiven Alzheimer-Genen in Kombination mit dem Medikament Rapamycin soll bei jungen als auch bei alten Mäusen getestet und verglichen werden. Gibt es Unterschiede im Krankheitsverlauf? Entwickeln sich unterschiedliche Effekte im Gehirn, die sich beispielsweise auf die Lernfähigkeit auswirken? Ehninger: „Unsere Forschungsaktivitäten werden sich an der Schnittstelle zwischen Altern und Neurodegeneration ansiedeln. Sie sollen unter anderem Antworten darauf finden, warum neurodegenerative Erkrankungen meist so spät auftreten und natürlich auch dazu beitragen neurodegenerative Prozesse zu verstehen, um neue Therapieansätze zu finden.“