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Schlüsselmolekül entdeckt: Deshalb verlängert moderate Kälte das Leben
Bei 15 Grad Celsius leben Fadenwürmer länger als bei 20 Grad. Eine neue Studie zeigt, dass ein in den Muskeln gebildeter Stoff diesen Kälteeffekt mitsteuert. Wird seine Produktion gezielt erhöht, verlängert sich die Lebensspanne sogar bei höheren Temperaturen. In menschlichen Zellmodellen verringerte derselbe Stoff außerdem krankheitstypische Proteinansammlungen.
Köln (Deutschland). Eine kühle Umgebung kann bei verschiedenen Tieren die Lebenserwartung erhöhen. Wie eine niedrigere Temperatur jedoch Prozesse auslöst, die selbst in entfernten Organen vor Alterungsschäden schützen, ist bisher nur teilweise geklärt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Proteostase, also die Fähigkeit von Zellen, funktionsfähige Proteine zu erhalten und fehlgefaltete Eiweiße zu beseitigen.
Mit zunehmendem Alter gerät dieses Gleichgewicht häufiger aus der Balance. Proteine können dann verklumpen, Zellen beeinträchtigen und zur Entstehung altersbedingter Erkrankungen beitragen. Deshalb ist von besonderem Interesse, ob sich die günstigen Wirkungen der Kälte auch ohne eine dauerhafte Absenkung der Temperatur auslösen lassen.
Forscher der Uniklinik Köln um Dr. Hyun Ju Lee haben dafür den Fadenwurm Caenorhabditis elegans untersucht. Das Team verglich Tiere bei 15, 20 und 25 Grad Celsius und analysierte, welche Stoffwechselprodukte und Enzyme auf die Kälte reagieren. Im Mittelpunkt stand schließlich Dihydrobiopterin, kurz BH2, ein körpereigener Stoff aus dem Biopterin-Stoffwechsel.
Unter kühlen Bedingungen bildeten die Muskelzellen der Würmer deutlich mehr BH2. Dahinter steckt das Enzym CAT-4, dessen Produktion bei 15 Grad Celsius ansteigt. Blockierten die Forscher die Aktivität dieses Enzyms erst bei erwachsenen Tieren, fiel ein Teil des lebensverlängernden Kälteeffekts weg. Bei 20 oder 25 Grad verkürzte diese spätere Blockade die Lebensdauer dagegen nicht.
Entscheidend war, in welchem Gewebe CAT-4 ausgeschaltet wurde. Eine gezielte Hemmung in den Muskeln verringerte die Lebensdauer der kühl gehaltenen Würmer, während derselbe Eingriff im Darm diesen Effekt nicht zeigte. Damit rückte die Muskulatur als Ausgangspunkt eines Signals in den Blick, das im gesamten Körper wirken kann.
Das dort gebildete BH2 gelangt in andere Gewebe, darunter Darm und Nervenzellen. Dort wird es in Tetrahydrobiopterin (BH4) umgewandelt, einen Hilfsstoff für bestimmte Enzyme. Über das Enzym PAH-1 fördert BH4 die Bildung der Aminosäure Tyrosin. Dieser Stoffwechselweg unterstützt unter anderem den Umgang der Zellen mit beschädigten oder verklumpten Proteinen.
Als die Forscher die CAT-4-Produktion gezielt in den Muskeln erhöhten, lebten die Würmer auch bei 20 und 25 Grad Celsius länger. Der Eingriff steigerte die Bildung des nachgelagerten BH4 und verringerte altersbedingte Proteinablagerungen im Darm. Die Schutzwirkung beschränkte sich damit nicht auf das Gewebe, in dem der Stoffwechselweg angeregt worden war.
Weitere Versuche zeigten allerdings einen wichtigen Unterschied zwischen den Eingriffen. Zusätzlich zugeführtes BH2 verlängerte die Lebensspanne bei 15 Grad nur geringfügig und hatte bei 20 Grad keinen entsprechenden Effekt. Die Gabe von Tyrosin verlängerte das Leben dagegen auch bei 20 Grad. Offenbar kommt es darauf an, wie der Stoffwechselweg aktiviert wird und welche Substanzen die Zellen tatsächlich aufnehmen.
„Wir waren wirklich überrascht, dass die Supplementierung die Lebensspanne deutlich erhöht hat, sogar bei den normalen oder erhöhten Temperaturen“, sagt Dr. Hyun Ju Lee.