Genetik, Langlebigkeit und Krebs - Aktuelle Forschung enthüllt überraschende Erkenntnisse

Jeder ist mit den stark variierenden Größen sowie Lebensspannen verschiedener Säugetiere vertraut. Eine Maus, die weniger als eine Unze wiegt, lebt nur 12 bis 18 Monate. Männliche Elefanten können bis zu 13.000 Pfund wiegen und haben eine durchschnittliche Lebensspanne von 60 bis 70 Jahren. Der Blauwal überragt den Elefanten und kann über erstaunliche 400.000 Pfund wiegen und 80 bis 90 Jahre leben.

Alle Tiere, groß und klein, sowie Menschen erwerben regelmäßig sogenannte somatische Mutationen, die im Laufe des Lebens des Organismus auftreten. Diese somatischen Mutationen sind genetische Veränderungen in Zellen, die nicht zu den Fortpflanzungszellen des Tieres gehören, wobei Menschen etwa 20 bis 50 dieser Mutationen pro Jahr ansammeln.

Während die Mehrheit dieser Mutationen harmlos ist, können einige von ihnen die normale Funktion einer Zelle beeinträchtigen oder sogar dazu führen, dass die Zelle krebsartig wird. Seit Jahrzehnten glauben Forscher, dass diese Mutationen irgendwie auch eine Rolle beim Altern spielen müssen, hatten jedoch nicht die technologischen Mittel, um sie zu untersuchen. Die Technologie ist nun vorhanden, die es Wissenschaftlern ermöglicht, diese somatischen Mutationen in normalen Zellen zu beobachten.

Peto’s Paradoxon

Aber neben der möglichen Rolle somatischer Mutationen beim Altern hatten Forscher auch eine weitere unbeantwortete Frage zur Entwicklung von Krebs, bekannt als Petos Paradoxon.

Das Paradoxon lautet wie folgt: Krebs entwickelt sich aus einzelnen Zellen. Größere Tiere, wie Elefanten, die viel mehr Zellen haben als kleinere Tiere, wie eine Maus, sollten theoretisch ein höheres Krebsrisiko haben.

Nur tun sie es nicht. Die Krebsinzidenz bei verschiedenen Tieren ist völlig unabhängig von ihrer Körpergröße. Wissenschaftler spekulieren, dass größere Tiere irgendwie eine Art Mechanismus entwickelt haben, damit sie nicht die erwartete Krebsrate in Bezug auf ihre Größe allein entwickeln. Eine der Theorien, die dies erklären könnte, ist, dass größere Tiere eine reduzierte Rate der Akkumulation somatischer Mutationen in ihren Zellen haben, aber bis jetzt konnte dies nicht getestet werden.

In einer neuen Studie, die am 13. April 2022 in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, untersuchten Wissenschaftler die Zellen von sechzehn verschiedenen Arten: Schwarz-weißer Stummelaffe, Katze, Kuh, Hund, Frettchen, Giraffe, Schweinswal, Pferd, Mensch, Löwe, Maus, Nacktmull, Kaninchen, Ratte, Katta und Tiger. Die Forscher fanden heraus, dass trotz der enormen Unterschiede in Körpergröße und Lebensdauer verschiedene Tierarten am Ende ihres natürlichen Lebens ähnliche Zahlen somatischer Mutationen aufweisen.

Die Forscher entdeckten auch etwas anderes im Zusammenhang mit der Lebensdauer, was ihre früheren Vermutungen bestätigte. Je länger die Lebensdauer des Tieres, desto langsamer ist die Rate, mit der diese somatischen Mutationen auftreten. Dies deutet darauf hin, dass die jahrzehntelangen Spekulationen der Wissenschaftler über die Rolle somatischer Mutationen im Alterungsprozess korrekt sind.

Nachdem die Wissenschaftler jedoch die Lebensspanne berücksichtigt hatten, gab es keinen Zusammenhang zwischen der Größe des Tieres und der Rate somatischer Mutationen, was die Forscher zu der Theorie veranlasste, dass andere Faktoren eine Rolle bei der Reduzierung des Krebsrisikos größerer Tiere im Verhältnis zu ihrer Körpergröße spielen.

Alterung und genetische Veränderungen

Das Altern ist ein komplexer und multifaktorieller biologischer Prozess, und die Ansammlung genetischer Veränderungen in Form von somatischen Mutationen ist nicht alles, was geschieht. Zellen und Körpergewebe können auf viele andere Arten beschädigt werden, einschließlich der Ansammlungen fehlgefalteter Proteine sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zellen sowie epigenetischer Veränderungen, die als Ergebnis von Umwelteinflüssen auftreten.

Epigenetische Veränderungen führen tatsächlich nicht zu einer Veränderung der DNA der Zelle, können jedoch die Funktionsweise der Gene beeinflussen, indem sie verändern, wie der Körper eine bestimmte DNA-Sequenz „liest“. Andere epigenetische Veränderungen können verhindern, dass die Gene exprimiert werden, und infolgedessen werden die von diesen Genen kodierten Proteine nie hergestellt.

Krebs und genetische Veränderungen

Eine frühere Studie, die im Oktober 2018 von derselben Forschergruppe des Wellcome Sanger Institute und der MRC Cancer Unit, Universität Cambridge, veröffentlicht wurde, untersuchte Speiseröhrenzellen bei gesunden Menschen ohne Anzeichen oder Symptome einer Krankheit. Die Wissenschaftler interessierten sich für Speiseröhrenzellen, weil sie bereits wussten, dass gesunde Zellen somatische Mutationen ansammeln.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass etwa ein Viertel der Zellen in der normalen Haut eines Menschen krebsbedingte Mutationen aufweisen. Da die menschliche Haut jedoch der Sonne ausgesetzt ist und das darin enthaltene ultraviolette Licht bekanntermaßen die Krebsentwicklung fördert, entnahmen die Forscher Proben aus dem Inneren der Speiseröhre, wo niemals Sonnenlicht eindringen würde.

Die Forschung ergab, dass bei Menschen in den Zwanzigern gesunde Zellen aus der Speiseröhre bereits mindestens mehrere hundert Mutationen in jeder Zelle aufweisen. Diese Zahl steigt dramatisch auf über 2.000 Mutationen pro Zelle bei älteren Menschen an.

Doch die faszinierende und eher unerwartete Erkenntnis der Studie war diese: Als die Speiseröhrenzellen der Studienteilnehmer, die alle gesund waren und keine Krankheitssymptome aufwiesen, unter dem Mikroskop untersucht wurden, sahen sie völlig normal aus. Aber als die Wissenschaftler das genetische Material derselben Zellen untersuchten, entdeckten sie, dass das Gewebe der Speiseröhre vollständig von Mutationen durchdrungen war, so sehr, dass bei den Studienteilnehmern mittleren Alters die mutierten Zellen tatsächlich die normalen überwogen!

Diese speziellen Mutationen wurden mit Speiseröhrenkrebs in Verbindung gebracht, und es scheint, dass diese Mutationen den Zellen bei den Studienteilnehmern einen Wettbewerbsvorteil verschafften und es ihnen ermöglichten, das umliegende Gewebe zu „übernehmen“ und ein dichtes Mosaik aus mutierten Zellen zu bilden.

Diese Studien markieren erst den Anfang des Verständnisses, wie genetische Veränderungen wie somatische Mutationen die Entwicklung von Krebs vorantreiben und welche Rolle diese Mutationen im Alterungsprozess spielen. Speiseröhrenkrebs ist bekanntermaßen schwer zu behandeln, wobei nur 20 Prozent der Patienten länger als fünf Jahre nach ihrer Diagnose überleben.

Das Verständnis, wie sich diese somatischen Mutationen entwickeln und auch einen Wettbewerbsvorteil für Zellen in der Speiseröhre ermöglichen, die sie tragen, könnte zu diagnostischen Tests führen, die es ermöglichen, die Krankheit viel, viel früher zu entdecken, was zu einer stark verbesserten Überlebensrate führen würde.

Alzheimer und genetische Veränderungen

Zellen erliegen nicht immer DNA-Schäden, da sie Reparaturwege haben, um mit den Auswirkungen umzugehen. Bei Krankheiten wie Alzheimer können die Neuronen (Gehirnzellen) jedoch nicht mit der Menge an Schäden Schritt halten, die verursacht werden. Tatsächlich sammeln sich bei Menschen mit Alzheimer die Mutationen viel schneller an als bei Menschen ohne die Krankheit.

Diese Mutationen führen zur Anhäufung von Proteinen, die als Amyloid-β und Tau bekannt sind und die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies induzieren, was zum Absterben von Gehirnzellen beiträgt. In einer im April 2022 veröffentlichten Studie fanden Forscher heraus, dass Menschen mit Alzheimer eine große Anzahl neu erworbener Mutationen in ihren Gehirnzellen hatten, eine Menge, die groß genug ist, um tatsächlich Gene zu deaktivieren, die für die Gehirnfunktion wichtig sind.

Was diese Forschung für Ihre Gesundheit bedeutet

Die Wissenschaft der Langlebigkeit und des Alterns sowie Erkenntnisse über die Entwicklung von Krebs hängen von diesen frühen grundlegenden genetischen Studien ab, die den Grundstein für weitere Forschung und die Entwicklung diagnostischer und therapeutischer Modalitäten legen. In der Zwischenzeit müssen Sie als Individuum Ihre Gesundheit durch eine Kombination aus Ernährung, gezielter Nahrungsergänzung, Bewegung, qualitativ hochwertigem Schlaf und Stresskontrolle optimieren, um die Auswirkungen dieser unvermeidlichen Mutationen in Schach zu halten.

Referenzen:

1. Cagan, A., Baez-Ortega, A., Brzozowska, N. et al. Somatische Mutationsraten skalieren mit der Lebensdauer bei Säugetieren. Nature 604, 517–524 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04618-z

2. Martincorena I, Fowler JC, Wabik A, Lawson ARJ, Abascal F, Hall MWJ, Cagan A, Murai K, Mahbubani K, Stratton MR, Fitzgerald RC, Handford PA, Campbell PJ, Saeb-Parsy K, Jones PH. Somatische mutierte Klone besiedeln die menschliche Speiseröhre mit dem Alter. Science. 2018 Nov 23;362(6417):911-917. doi: 10.1126/science.aau3879. Epub 2018 Okt 18. PMID: 30337457; PMCID: PMC6298579.

3. Miller, M.B., Huang, A.Y., Kim, J. et al. Somatische genomische Veränderungen in einzelnen Alzheimer-Krankheitsneuronen. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04640-1