Ein natürlicher Metabolit könnte alternde biologische Uhr zurückdrehen

Wenn wir altern, tendieren unsere biologischen Uhren zunehmend langsamer zu werden. Ein Forschungsteam des Weizmann Instituts hat nun einen eindrucksvollen Link zwischen einer Gruppe von Metaboliten, deren Menge mit zunehmendem Zellalter abnimmt, und der Funktion unserer circadianen Uhren enthüllt, einem Mechanismus, der auf unseren Genen kodiert ist und die zeitlichen Zyklen wie den Schlaf-Wach-Rhythmus bestimmt. Ihre Forschungsergebnisse, die in Cell Metabolism veröffentlicht wurden, suggerieren, dass eine Substanz, die in vielen Nahrungsmitteln vorhanden ist, möglicherweise auch dabei hilft, die Geschwindigkeit unserer inneren Zeitmesser beizubehalten.

            Dr. Gad Ashers Labor im Fachbereich Biologische Chemie am Weizmann Institut untersucht die circadianen Uhren, um besser zu verstehen, wie diese natürlichen Zeitmesser fungieren und wie sie durch Ernährung bis hin zum Metabolismus beeinflusst werden. In der gegenwärtigen Studie prüfte er gemeinsam mit seinem Forschungsstudenten Ziv Zwighaft Anhaltspunkte, ob bestimmte Metaboliten, genannt Polyamine, möglicherweise mit der Funktionsfähigkeit der circadianen Uhr zu tun haben. Wir erhalten Polyamine aus unseren Nahrungsmitteln, aber unsere Zellen produzieren sie ebenfalls. Diese Substanzen sind bekannt dafür, dass sie einige essenzielle Prozesse in der Zelle regulieren, einschließlich Wachstum und Fruchtbarkeit. Man weiß auch, dass das Niveau der Polyamine mit steigendem Alter sinkt.

            Bei der Arbeit mit Mäusen und Zellkulturen fanden sie heraus, dass die Enzyme, die zur Herstellung von Polyaminen benötigt werden, in der Tat Zyklen durchlaufen, die sowohl mit der Nahrungsaufnahme als auch mit dem Schlaf-Wach-Rhythmus zusammenhängen. In genmanipulierten Mäusen, die über keine funktionierende circadiane Uhr verfügen, blieben diese Zyklen aus.

            Während die Wissenschaftler weitere Untersuchungen anstellten, entdeckten sie eine Art Feedback Loop, d.h. die Polyamin-Produktion wird nicht nur von den circadianen Uhren reguliert, sondern diese Substanzen regulieren im Gegenzug auch das Ticken dieser Uhren. In Zellkulturen haben zusätzliche hohe Niveaus von Polyaminen die circadiane Rhythmik ausgelöscht, während niedrige Niveaus von Polyaminen die Uhren etwa zwei Stunden langsamer laufen ließen. „Die Polyamine sind eigentlich ein eingebautes Element in den circadianen Uhren,“ sagt Asher.

            Die Wissenschaftler fragten sich dann, wie sich dies in jüngeren und älteren Mäusen mit niedrigeren oder höheren Polyamin-Niveaus auswirkt. Bekannt ist, dass die circadianen Uhren älterer Mäuse langsamer laufen und gleichzeitig ihre Polyamin-Niveaus sinken. Das Team entdeckte, dass sie die Uhren in jüngeren Mäusen verlangsamen können, indem sie ein Medikament zur Verhinderung der Polyamin-Synthese verabreichen. Im Gegensatz hierzu bewirkte eine künstliche Anhebung der Polyamine über das Trinkwasser bei älteren Mäusen ein schnelleres Laufen ihrer Uhren als im Vergleich zu gleichaltrigen Mäusen ohne diesen Polyamin-Zusatz. Ihre Funktion wurde ähnlich zu der in jüngeren Mäusen wieder hergestellt.

            Asher und sein Team wollen die Funktion der Polyamine in circadianen Systemen weiter untersuchen. „Diese Entdeckung zeigt die enge Verbindung zwischen circadianen Uhren und Metabolismus,“ sagt Zwighaft. „Unsere Forschungsergebnisse beruhen heute auf Experimenten mit Mäusen, aber wir denken, dass dies beim Menschen ähnlich verläuft. Wenn dem wirklich so ist, hätte dies weitreichende klinische Implikationen,“ meint Asher. „Die Fähigkeit die Uhr einfach durch mehr Polyamine in der Nahrungszufuhr zu reparieren, ist in der Tat aufregend und beinhaltet großes klinisches Potenzial.“

Dr. Gad Ashers Forschungsarbeit wird finanziert von dem Willner Family Leadership Institute, dem Yeda-Sela Center for Basic Research, der Adelis Foundation, der Abisch Frenkel Foundation for the Promotion of Life Sciences, dem Crown Endowment Fund for Immunology Research und der Samuel M. Soref and Hlene K. Soref Foundation.