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Das Geheimnis der Telomere

Altern und die Rolle der Chromosomen-Endkappen

Das Wimperntierchen Tetrahymena thermophila spielt eine wichtige Rolle für die Telomerforschung © PloS Biology/CC-by-SA 2.5

Am Anfang der vielleicht wichtigsten Entdeckung der Altersforschung stand ein winziger Organismus, der in fast jedem Tümpel vorkommt: Tetrahymena thermophila. Dieses einzellige Wimperntierchen ist eines der beliebtesten Modellorganismen der biomedizinischen Forschung. Auch Elizabeth Blackburn von der Universität von Kalifornien in San Francisco wählte diesen Winzling, um Ende der 1970er Jahre einen bestimmten Teil seiner Chromosomen genauer zu untersuchen: die Telomere.

Schutzkappe am Chromosomenende

„Telomere sind die Enden unserer Erbgutfäden, den Chromosomen. Sie dienen als Schutzkappe, denn sie werden bei jeder Zellteilung ein Stückchen kürzer“, erklärt Blackburn, eine der Entdeckerinnen der Telomere und Nobelpreisträgerin des Jahres 2009 im Interview mit dem Netzwerk Alternsforschung (NAR). Weil in diesen Endkappen keine lebenswichtigen Gene sitzen, kann das Chromosom ihr allmähliches Schrumpfen verschmerzen. Allerdings nur bis zu einem gewissen Grad: Fehlen sie ganz, neigen die Enden der Chromosomen dazu, miteinander zu verkleben und die Zelle wird funktionsunfähig.

Dass diese Schutzfunktion und sogar die Struktur der Telomere quer durchs Tierreich und sogar bei einzelligen Hefen weitestgehend identisch sind, weist Blackburn Anfang der 1980er Jahre gemeinsam mit ihrem Kollegen Jack Szostak nach. Ihnen gelingt es auch, die typische DNA-Sequenz dieser Endkappen zu entschlüsseln. „Zuvor waren die Telomere einfach nur ein ‚Blob‘ am Ende der Chromosomen“, so Blackburn. Heute weiß man, dass die Telomere des Menschen 5.000 bis 12.000 Basenpaare mit der Sequenz TTAGGG umfassen. Bei jeder Zellteilung gehen zwischen 30 und 200 davon verloren.

Mobelpreisträgerin Carol Greiner mit DNA-Banden, die Hinweise auf das Enzym Telomerase geben. © Johns Hopkins Medicine

Enzym gleicht Telomerschwund aus

Doch die eigentliche Sensation – und die wichtige Erkenntnis für die Altersforschung – brachte wieder das Wimperntierchen: Blackburn beobachtete, dass sich dessen Telomere ganz und gar nicht so verhielten, wie sie sollten: Anstatt nach und nach immer ein Stück kürzer zu werden, wurden sie zwischendurch immer wieder länger, schienen zu wachsen. Wie war das möglich? Die Ursache dafür, das entdeckte die Forscherin gemeinsam mit ihrer Kollegin Carol Greiner, war ein Enzym, die Telomerase. Sie verlängert die schützenden Endkappen vor jeder Zellteilung ein kleines Stück, so dass die Telomere nachher kaum oder gar nicht an Länge verloren haben.

Die Aktivität des Enzyms ist damit mitentscheidend für die „Fitness“ der Zelle und ihre Fähigkeit sich zu teilen. „Tumorzellen sind unsterblich, das heißt, sie können sich immer weiter teilen“, so Blackburn. „Ihre Telomere sind zwar kurz, dafür aber besitzen sie eine riesige Menge an Telomerase. Dies zeigt, dass die Telomerase die Telomere beschützt. Es ist also nicht die Telomerlänge alleine, die darüber bestimmt, wie oft sich Zellen noch teilen können, sondern ein Zusammenspiel aus beidem: der Telomerlänge und der Menge an Telomerase.“

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Heute jedoch weiß man, dass diese Enzymaktivität und damit auch die Länge der Telomere im Laufe des Lebens nachlässt. Während sich die Zellen eines Neugeborenen in Kultur noch 80 bis 90 Mal teilen können, reicht es bei den Zellen eines 70 Jahre alten Menschen nur noch für 20 bis 30 Teilungen.

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Fünf Jahre mehr dank längerer Telomere

Was aber bedeutet dies für die Hundertjährigen? Könnte es sein, dass bei ihnen die Telomerase aktiver ist und die Chromosomenenden effektiver schützt? Der Genetiker Richard Cawthon von der Universität von Utah hat diesen Zusammenhang 2003 untersucht. In einer Langzeitstudie verfolgte er die Lebensdauer von zwei Gruppen von älteren Probanden, einer mit kürzeren, einer mit längeren Telomeren. Tatsächlich zeigte sich, dass die Endkappen zwar bei allen Personen mit der Zeit schrumpften, die Gruppe mit den längeren Endkappen jedoch lebte im Durchschnitt fünf Jahre länger.

„Statistisch gesehen gibt es einen Zusammenhang zwischen Telomerlänge und Alter“, erklärt auch Blackburn. „Man kann aber nicht anhand der Telomerlänge auf das absolute Alter schließen.“ Nach Ansicht von Cawthon könnten wir unserer Lebenspanne zehn bis 30 Jahre hinzufügen, wenn es uns gelingen sollte, das Schrumpfen der Telomere komplett zu unterbinden.

Aber, so räumt der Forscher ein, das Altern lässt sich damit trotzdem nicht verhindern. Denn leider sind die Telomere eben nur ein Teil der komplexen Veränderungen, die wir als Altern wahrnehmen.

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Nadja Podbregar
Stand: 16.04.2010

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Das Geheimnis der Hundertjährigen
Auf der Suche nach den Ursachen von Altern und Langlebigkeit

Wie alt werden Tiere?
Altersrekorde im Tiereich

Die ältesten Menschen der Welt
Was ist das Geheimnis der „fitten Alten“?

Was lässt uns altern?
Die biochemischen Grundlagen des Alterns

Das Geheimnis der Telomere
Altern und die Rolle der Chromosomen-Endkappen

Wer weniger isst, wird älter
Kalorienreduktion verbessert Gesundheit und Überlebensdauer

Das erste Altersgen
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