Molekulare Mechanismen der Alterung und alters-assoziierte Erkrankungen

So verlockend wie die Vision einer ewigen Jugend, so erschreckend ist für den Menschen die Vorstellung von der Gebrechlichkeit des Alters. Für die Lebenswissenschaften ist der alternde Mensch eine doppelte Herausforderung. Einerseits gilt es, grundlegende Alterungsprozesse auf molekularbiologischer Ebene zu klären, andererseits sucht die Forschung nach effektiven Therapien oder Präventionsmöglichkeiten für altersbedingte Erkrankungen wie Diabetes, Osteoporose, Arthritis und nicht zuletzt Krebs. Wissenschaftler der Universität Ulm forschen gemeinsam und interdisziplinär an diesen Fragen, und zwar mit dem langfristigen Ziel, dem Menschen ein "gesundes Altern" zu ermöglichen.

Molekulare Mechanismen der Alterung

Das Altern ist ein elementarer Bestandteil des Lebens, und doch sind viele der damit einhergehenden physiologischen Prozesse noch unverstanden. Die Alternsforschung, an der Medizinischen Fakultät der Universität Ulm als Schwerpunkt erfolgreich etabliert, verspricht hier Abhilfe. Im Fokus stehen einerseits die molekularen Mechanismen degenerativer Alterungsprozesse andererseits die Entstehung von "altersbedingten" Erkrankungen, die mit fortgeschrittenem Lebensalter häufiger auftreten. Dabei geht es langfristig um die Entwicklung präventiver und therapeutischer Strategien, die dem Menschen ein „gesundes Älterwerden“ ermöglichen sollen. Die Wissenschaftler untersuchen primäre Alterungsprozesse, die im Organismus - ohne Anstoß von außen - ablaufen, sowie sekundäre, die auf die Wirkung von Umweltfaktoren zurückgehen.

Alte und junge Stammzellen
Alte und junge Stammzellen

Das Spektrum der Forschungsfragen ist weit gefächert

Ausgewählte Beispiele dafür sind:

  • Wie schützen sich Bindegewebszellen vor oxidativem Stress?
  • Welche Signalübertragungswege fördern Alterungsprozesse, welche verhindern sie?
  • Wie schützen Reperaturenzyme die DNA vor alterungsbedingten Schäden?
  • Welchen Einfluss haben Telomere - also die Enden der Chromosomen - auf Zellteilungsraten und Lebensspannen?

Von der Apoptose zur Stammzellentherapie

Schlicht ausgedrückt geht es bei der Alterung um das komplexe Wechselspiel von Regeneration und Degeneration. Eine Schlüsselrolle spielen hier deshalb Stammzellen, die mit ihrem regenerativen Potential in der Lage sind, Schäden an Geweben und Organen teilweise zu kompensieren, im besten Falle sogar zu heilen. Doch je älter Stammzellen sind, desto schwächer wird ihre „heilende“ Kraft. Ulmer Wissenschaftler forschen nun daran, durch die Verjüngung der Stammzellen deren Reparatur-Potential zu erhalten.

Einen völlig anderen Ansatz verfolgt die Apoptose-Forschung, bei der es darum geht, die Voraussetzungen und Folgen des „programmierten“ Zelltodes zu ergründen. Denn dieses zellulare „Suizidprogramm“ schützt Regenerationsprozesse vor unkontrollierten Wachstumseffekten und hilft so beispielsweise, die Entstehung von Tumoren zu verhindern.

Systembiologische Ansätze in der Altersforschung

Die Regeneration als auch die Degeneration von Zellen, Geweben und Organen wird über genetisch determinierte molekulare Mechanismen gesteuert. Mittlerweile ist eine ganze Reihe von Langlebigkeitsgenen bekannt, zugleich kennt man zahlreiche Faktoren, die Alterungsprozesse beschleunigen oder altersassoziierte Krankheiten wie Krebs auslösen. Auch hier setzt die Ulmer Alternsforschung an. Nicht zuletzt mit systembiologischen Ansätzen, die Erkenntnisse aus dem Labor mit mathematischen Konzepten verbinden und rechnergestützt verarbeiten.

Die Verknüpfung von experimentellen Daten und Computermodellen soll letztendlich dabei helfen, die genetischen und molekularen Ursachen altersbedingter Degenerationsprozesse besser zu verstehen. Das im Rahmen des BMBF-Programmes GerontoSys geförderte SyStar-Konsortium ist ein Verbund von Ulmer Klinikern, Grundlagenforschern, Bioinformatikern und Mathematikern, die gemeinsam zwei zentrale Forschungsziele verfolgen.

Im Mittelpunkt steht dabei zum einen die Identifikation molekularer Mechanismen, die zum Erhalt der Stammzellfunktion und Regenerationsfähigkeit der Organe beitragen. Zum anderen geht es um die Entwicklung von Biomarkern zur Bestimmung des sogenannten biologischen Alters, das von individuellen Faktoren wie der genetischen Ausstattung und persönlichen Lebensführung abhängt und dementsprechend von Mensch zu Mensch variiert.

Arbeit mit UV am Institut für Experimentelle Tumorforschung
Arbeit mit UV am Institut für Experimentelle Tumorforschung

 

 

Altersbedingte Erkrankungen

Das Alter ist ein bedeutender Risikofaktor für die Gesundheit. Das heißt, obwohl Altern an sich nicht als Krankheit zu betrachten ist, treten mit zunehmendem Alter bestimmte Krankheiten häufiger auf. Diese altersbedingten Erkrankungen sind eine Folge der erhöhten Störanfälligkeit des Organismus, der mit der Zeit seine Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit verliert. Ziel der Alternsforschung ist es daher auch, durch die Prävention und Therapie von Alterskrankheiten nicht nur die Lebensspanne zu verlängern, sondern dem Menschen ein möglichst „gesundes Altern“ zu ermöglichen.

Typische altersassoziierte Krankheiten sind Herz-Kreislauferkrankungen, Erkrankungen am Bewegungsapparat wie Osteoporose oder Arthrose sowie Erkrankungen des Fett- und des Zuckerstoffwechsels (Adipositas und Diabetes Mellitus Typ II). Hinzu kommen neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer sowie nicht zuletzt Krebs.

An der Universität Ulm forschen Mediziner und Naturwissenschaftler gemeinsam in vielen fachübergreifenden Projekten zu den Ursachen diverser Alterskrankheiten, mit dem Ziel Grundlagenwissen in die klinische Praxis zu übertragen. Andere Wissenschaftler beschäftigen sich darüber hinaus mit dem fortschreitenden Verlust von Körperfunktionen an sich. Dabei geht es beispielsweise um altersbedingte Veränderungen des Immunsystems oder des Bindegewebes, die mit Wundheilungsstörungen einhergehen.

Das Graduiertenprogramm zur Alternsforschung - CEMMA

Je stärker unsere Gesellschaft altert, umso dringlicher wird es, Alterungsprozesse und altersbedingte Krankheiten grundlegend zu verstehen. Nicht zuletzt gilt es, den wissenschaftlichen Nachwuchs für diese Herausforderungen fit zu machen. Mit dem Graduiertenprogramm „Cellular and Molecular Mechanisms in Aging“ (CEMMA) hat die Universität Ulm ein maßgeschneidertes Trainingsprogramm eingerichtet, um junge Mediziner und Naturwissenschaftlern mit den Schlüsselfragen der Alternsforschung vertraut zu machen. Im Mittelpunkt stehen dabei die molekularen und zellulären Mechanismen von Alterungsprozessen und daraus resultierende Potentiale für neue Therapieansätze. Das Graduiertenprogramm zur Alternsforschung CEMMA ist Teil der International Graduate School in Molecular Medicine Ulm (IGradU) und wird im Rahmen der Exzellenzinitiative von Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

Im Labor werden molekulare und zelluläre Mechanismen von Alterungsprozessen untersucht.
Im Labor werden molekulare und zelluläre Mechanismen von Alterungsprozessen untersucht.