Telomere sind die "Kappen", die die Enden der DNA-Stränge davor schützen, von einer Zelle zerstört zu werden. Sie bestehen aus Bereichen mit sich wiederholenden DNA-Sequenzen, die mit spezifischen Proteinen an den Enden der Chromosomen kombiniert sind - den eng gewundenen Strukturen aus DNA und Proteinen in den Zellen. Telomere spielen eine Rolle dabei, wie schnell Zellen altern, obwohl nicht ganz klar ist, wie genau.
Organismen ohne kreisförmige Chromosomen — einschließlich Menschen, andere Tiere, Pflanzen und sogar einzellige Protisten — haben Telomere. Telomere wirken wie Barrieren, die verhindern, dass die DNA abgebaut und beschädigt wird;
Hätten unsere Zellen keine Telomere, würde die zelluläre Maschinerie "die Enden der Chromosomen und wichtige Gene abnagen", so Jan Karlseder (öffnet in neuem Tab) , Professor am Salk Institute for Biological Studies in Kalifornien und Direktor des Glenn Center for Biology of Aging Research am Salk Institute. Die Zelle könnte auch das Ende eines Chromosoms an das Ende eines anderen anhängen, was für eine Zelle "ein katastrophales Ereignis" wäre, sagte er.
"Da unsere Chromosomen lineare DNA-Stücke sind, hat sich eine Struktur namens Telomer entwickelt, die die natürlichen Enden der Chromosomen davor schützt, als DNA-Schäden erkannt zu werden", so Karlseder gegenüber Live Science.
Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, geht ein Teil der sich wiederholenden Sequenz eines Telomers verloren. Wenn Telomere zu kurz werden, um effektiv zu funktionieren, stirbt eine Zelle entweder ab oder hört auf, sich zu teilen. Da die meisten Zellen ihre Telomere nicht regenerieren können, werden sie mit zunehmendem Alter immer kürzer. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Telomere verkürzen, wurde auch mit der Geschwindigkeit des Alterns in Verbindung gebracht.
Was ist die Funktion der Telomere?
Beim Menschen und allen Wirbeltieren wiederholen die Telomere die Nukleotidsequenzen TTAGGG — zwei Thymin-, ein Adenin- und drei Guaninmoleküle. Nukleotide sind die Moleküle, die die Sequenz der DNA bilden. Beim Menschen kann sich diese Sequenz bis zu 3.000 Mal wiederholen, aber die Anzahl der Wiederholungen ist bei den verschiedenen Arten unterschiedlich. Am Ende eines Telomers befindet sich eine Art "Knoten", die so genannte T-Schleife, die durch eine spezifische Proteinstruktur, den so genannten Shelterin-Komplex, aufrechterhalten wird. Die T-Schleife und das Shelterin erschweren es der Zelle, die DNA am Ende eines Chromosoms zu zerstören, während die wiederholten Sequenzen Schichten des genetischen Codes bereitstellen, die die Zelle zerstören kann, ohne die DNA zu beeinträchtigen, die sie für ihre Funktion benötigt.
In den meisten Zellen werden die Telomere mit der Zeit kürzer, da die Zelle mehr von ihrem genetischen Code zerstört. Einige Zellen, wie z. B. Stammzellen, aus denen die vielen Arten spezialisierter Zellen des Körpers hervorgehen, und Keimbahnzellen, aus denen Eier und Spermien entstehen, können jedoch ein Enzym namens Telomerase verwenden, um ihre Telomere zu regenerieren. Einige Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es Möglichkeiten geben könnte, die Telomerlänge bei anderen Zelltypen leicht zu verlängern.
Telomere und Alterung<
Die meisten Zellen können ihre Telomere nicht regenerieren, so dass sie im Laufe des Lebens einer Zelle und eines Organismus immer kürzer werden. "Die Telomerverkürzung setzt unseren Zellen wirklich eine Lebensspanne, indem sie die Anzahl der Populationsverdopplungen oder der Proliferation, die die Zellen durchlaufen können, begrenzt", so Karlseder.
Seit der mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arbeit der Biologin Elizabeth Blackburn (öffnet in neuem Tab), in der sie die Natur der Telomere und die Existenz des Enzyms Telomerase aufdeckte, haben viele Studien einen Zusammenhang zwischen biologischem Alter, Telomerlänge, allgemeiner Gesundheit und Sterblichkeit belegt;
Eine 2003 in der Fachzeitschrift The Lancet (öffnet in einem neuen Tab) veröffentlichte Studie ergab, dass in einer Stichprobe scheinbar gesunder Menschen über 60 Jahren, die von den Forschern über einen längeren Zeitraum hinweg beobachtet wurden, Menschen mit kürzeren Telomeren eine höhere Sterblichkeitsrate aufgrund von Herzerkrankungen und Infektionskrankheiten aufwiesen. Im Jahr 2013 wurde in der ersten Studie dieser Art (öffnet in einem neuen Tab) festgestellt, dass Änderungen des Lebensstils in Bezug auf Bewegung, Ernährung, Stressbewältigung und soziale Unterstützung bei einer kleinen Gruppe von Männern mit geringem Prostatakrebsrisiko mit einer Verlängerung der Telomere verbunden waren. Eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2022 (öffnet in einem neuen Tab) ergab, dass regelmäßige mäßige bis kräftige körperliche Betätigung offenbar zur Erhaltung der Telomerlänge beiträgt. Die Verkürzung der Telomere wurde bei einer Reihe von Organismen mit der Lebensspanne in Verbindung gebracht. Eine 2019 in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (öffnet in einem neuen Tab) veröffentlichte Studie ergab, dass eine allgemeine Messung der Telomerlänge eines Organismus zwar nicht mit der Lebensspanne korreliert, aber je schneller die Telomere eines Organismus abnehmen, desto kürzer ist seine Lebensspanne.
"Die genauen Ursachen des Alterns sind immer noch nicht geklärt, und es ist unklar, warum einige Arten weniger als 1 [Tag] leben, während andere mehr als 400 [Jahre] alt werden können", heißt es in der eindrucksvollen Einleitung der Studie. Telomere könnten helfen, Licht in dieses seit langem bestehende Geheimnis zu bringen.
Eine 2021 in der Zeitschrift GeroScience (öffnet in neuem Tab) veröffentlichte Studie geht davon aus, dass die Folgen der Telomerlänge einen Einfluss darauf haben könnten, wie alt eine Person aussieht. Die Forscher untersuchten die Umfrageergebnisse von über 400 000 Teilnehmern der UK Biobank, einer großen Datenbank mit Gesundheitsdaten von im Vereinigten Königreich lebenden Menschen. Sie fanden heraus, dass Personen, die genetische Prädiktoren für eine längere Telomerlänge aufwiesen, mit größerer Wahrscheinlichkeit angaben, dass andere Menschen sie für jünger hielten, als es ihrem Alter entsprach.
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Telomere und Krebs<
Ein wichtiger Zusammenhang zwischen Telomeren und Gesundheit besteht im Krebsrisiko. Wenn Telomere sehr kurz werden, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass die bei der Zellteilung kopierte DNA beschädigt wird, was das Krebsrisiko erhöhen kann.
Eine andere Möglichkeit, wie eine Fehlfunktion der Telomere zu Krebs führen kann, ist, dass das Enzym Telomerase in Zellen aktiv wird, in denen es nicht aktiv sein sollte.
"So gut wie jede einzelne Krebszelle hat Mechanismen gefunden, um die Telomere zu erhalten und die Telomerverkürzung zu überwinden", so Karlseder. "Und das ist es, was Krebszellen unsterblich macht";
Der Körper versucht, Krebs zu verhindern, indem er Zellen mit zu kurzen Telomeren daran hindert, sich zu teilen, was als Seneszenz bezeichnet wird.
Karlseder hat zusammen mit einem Team von Forschern des Salk Institute eine Studie durchgeführt, die 2023 in der Zeitschrift Nature (öffnet in neuem Tab) veröffentlicht wurde und zeigt, wie Telomere den Zelltod auslösen können: Sie sprechen mit den Mitochondrien einer Zelle, ihrem Energielieferanten, um während einer Krise eine tödliche Entzündung auszulösen, die den programmierten Zelltod als Reaktion auf kritisch kurze Telomere einleitet. Der Prozess wirft ein Licht darauf, wie Telomere dazu beitragen, dass Zellen nicht zu Krebs werden.
Obwohl einige Forschungsergebnisse (öffnet in neuer Registerkarte) darauf hindeuten, dass der Schutz oder sogar die Regeneration von Telomeren die Lebensspanne verlängern könnte, sagte Karlseder, dass das Risiko, Krebs zu verursachen, dies riskant macht;
“Ich würde sehr vor den Annäherungen warnen, die einfach telomeres&rdquo verlängern; er sagte. “Wir wissen, daß das zu Krebs führt, und nicht notwendigerweise zu eine lange Lebensdauer.”
Anstatt zu versuchen, die Lebensspanne zu verlängern und das Altern umzukehren, sollten sich die Forscher eher darauf konzentrieren, die "Gesundheitsspanne" zu verlängern, d. h. die Zeit, die sie bei guter Gesundheit verbringen;
Einer der Zwecke des Alterungsprozesses ist es, das Auftreten von Krebs zu verhindern", sagte Karlseder. "Wir sollten das Altern als Krebsunterdrückungsmechanismus begrüßen."
