Telomere und Altern: Rolle bei Krankheit, Lebenserwartung und Gesundheit

Telomere, die sich an den Enden der Chromosomen befinden, sind wichtige Regulatoren der Zellteilung und beeinflussen die Zellalterung. Telomere schützen die Chromosomenenden und sorgen dafür, dass sich die Chromosomen bei der Zellteilung sicher vervielfältigen können. Ohne sie würden unsere Zellen bei jeder Zellteilung wichtige DNA verlieren. Die Länge der Telomere spielt eine wichtige Rolle für die Lebenserwartung und die allgemeine Gesundheit, denn kürzere Telomere werden mit Krankheiten und einer verkürzten Lebensdauer in Verbindung gebracht.

Das Wichtigste in Kürze:

• Die Telomere, die sich an den Enden der Chromosomen befinden, sind ein wichtiger Bestandteil unserer DNA und beeinflussen, wie Zellen altern.
• Ihre Länge hängt sowohl von der Vererbung als auch vom Lebensstil ab.
• Kommerzielle Telomertests sind auf dem Markt erhältlich, aber es gibt einige Dinge, die man bei Telomerlängentests beachten sollte.
• Ein Telomerlängentest zeigt nicht an, wie lange eine Person leben wird, sondern schätzt, wie sich die Telomerlänge einer Person zur durchschnittlichen Telomerlänge ihrer Altersgruppe verhält.
• Derzeit gibt es keine zugelassenen Behandlungen zur Verlängerung der Telomere beim Menschen.
• Interventionen bei Personen, deren Telomere kürzer als der Durchschnitt sind, würden sich daher auf eine Änderung der Lebensweise und eine bessere Einhaltung der Behandlung ihrer Krankheit beschränken.
• Der größte Nutzen von Telomertests scheint darin zu bestehen, dass sie die Motivation erhöhen, diese Änderungen vorzunehmen.

Telomere: Was sind sie?

Telomere sind winzige Strukturen an den Enden der Chromosomen, die aus sich wiederholenden DNA-Sequenzen bestehen, die an einen Proteinkomplex gebunden sind. Bei Wirbeltieren lautet die sich wiederholende DNA-Sequenz TTAGGG, wobei T, A und G für die Basen Thymin, Adenin und Guanin stehen. Telomere schützen das menschliche Erbmaterial vor dem Abbau und die Chromosomen vor dem Verklumpen.

Die Länge der Telomere bei einem Neugeborenen liegt zwischen 8.000 und 13.000 Basenpaaren, aber bei jeder Zellteilung verlieren die Zellen Telomere. Sich schnell teilende Zellen wie Leberzellen können bis zu 55 Basenpaare pro Jahr verlieren. Die Verkürzung der Telomere begrenzt die Anzahl der Zellteilungen. Wenn die Telomere kritisch kurz werden, zerstören sich die Zellen selbst oder gehen in einen Ruhezustand über.

Für die Aufrechterhaltung der Telomerlänge ist das Enzym Telomerase verantwortlich. Die Aktivität der Telomerase geht jedoch in den meisten Geweben nach der Geburt praktisch verloren und ist nur noch in Keimzellen (Ei- und Samenzellen) und Stammzellen erhöht.

Die Reaktivierung der Telomerase kann, wie in Experimenten mit Mäusen gezeigt wurde, zu einer längeren Lebensdauer, einer verbesserten Koordination, Kognition, Knochengesundheit, Zuckerstoffwechsel und altersbedingten Blutindizes führen.

Beeinflusst die Genetik die Telomerlänge?

Einige seltene Erbkrankheiten wie die kongenitale Dyskeratose oder die idiopathische Lungenfibrose werden mit Mutationen in Genen in Verbindung gebracht, die an der Erhaltung der Telomere beteiligt sind. Aber auch ohne vererbte Mutationen ist die Telomerlänge stark vererbt.

Obwohl die genetischen Mechanismen der Vererbung von Telomeren noch nicht vollständig geklärt sind, scheint die mütterliche Vererbung stärker zu sein als die väterliche. Interessanterweise neigen Kinder von älteren Vätern dazu, längere Telomere zu haben, da sich die Telomere in den Spermien mit zunehmendem Alter verlängern.

Die Rolle der Telomere für Lebenserwartung und Krankheit

Kurze Telomere und eine beschleunigte Telomerverkürzung werden mit einer verkürzten Gesamtlebenserwartung und krankheitsfreien Lebensjahren in Verbindung gebracht. Darüber hinaus haben Wissenschaftler kurze Telomere mit zahlreichen Krankheiten in Verbindung gebracht, die normalerweise mit zunehmendem Alter häufiger auftreten: Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall, Typ-2-Diabetes, Alzheimer, Arthritis, Osteoporose etc.

Auch Krebs wird als altersbedingte Krankheit angesehen. Tatsächlich erhöhen kürzere Telomere das Krebsrisiko. Eine Studie hat gezeigt, dass bei Personen, die während des Beobachtungszeitraums an Krebs erkrankten, die jährliche Verkürzungsrate der Telomere doppelt so hoch war wie bei Personen, die nicht an Krebs erkrankten. Außerdem erkranken Menschen mit erblichen Telomerdefekten oft schon in jungen Jahren an Krebs.

Da sich Krebszellen häufiger teilen als gesunde Zellen, verkürzen sich ihre Telomere schneller. Um diesen Prozess zu verhindern, wird die Telomerase reaktiviert, so dass sich die Krebszellen trotz kurzer Telomere endlos teilen können.

Strategien zur Verhinderung der Telomerverkürzung

Die Länge der Telomere hängt sowohl von der Vererbung als auch vom Lebensstil ab. Zu den Lebensstilfaktoren, die die Verkürzung der Telomere beschleunigen können, gehören

• Rauchen
• Fettleibigkeit
• ungesunde Ernährung
• unzureichende körperliche Aktivität
• Umweltverschmutzung
• Stress

So zeigen Studien, dass der tägliche Konsum einer Schachtel Zigaretten bei Frauen zu einem zusätzlichen Verlust von 5 Basenpaaren pro Jahr führt. Die Auswirkungen von Fettleibigkeit scheinen noch ausgeprägter zu sein: Der übermäßige Verlust von Telomeren bei fettleibigen Menschen bedeutet einen Verlust von 8,8 Lebensjahren.

Eine Ernährung, die reich an Ballaststoffen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist (wie die mediterrane oder japanische Ernährung), scheint die Verkürzung der Telomere zu verhindern. Auch Antioxidantien, insbesondere Omega-3-Fettsäuren, werden mit einer geringeren Verkürzung der Telomere in Verbindung gebracht.

Ein höheres Maß an körperlicher Aktivität wird mit längeren Telomeren in Verbindung gebracht. Körperliche Aktivität verlängert die Telomere, indem sie die Telomerase aktiviert, die Muskelreparatur fördert und Entzündungen und oxidative Schäden reduziert.

Schließlich verringern Stresshormone den Gehalt an antioxidativen Proteinen, was zu einer erhöhten oxidativen DNA-Schädigung und einer Verkürzung der Telomere führt. Stressreduzierende Maßnahmen wie Meditation oder Achtsamkeit können diesen Veränderungen vorbeugen.

Messung der Telomerlänge

Die meisten Labors verwenden eine Blutprobe, um die Telomerlänge in den weißen Blutkörperchen zu messen. Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der Telomerlänge. Bei einigen Tests, wie dem Southern Blotting und der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion, wird isolierte DNA verwendet. Bei anderen Tests, wie der quantitativen Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (Q-FISH) oder der Durchflusszytometrie (flow-FISH), werden intakte Zellen verwendet. Bei den meisten Tests werden Sonden verwendet, die an sich wiederholende DNA-Sequenzen binden, und anschließend werden verschiedene Methoden zur Messung des Ausmaßes der Bindung eingesetzt.

Während die meisten Tests die durchschnittliche Telomerlänge messen, haben Wissenschaftler ausgefeiltere Tests entwickelt, um alle einzelnen Telomere, einschließlich der kürzesten, zu messen. Zwei Beispiele für solche Tests sind

• Single Telomer Length Analysis (STELA).
• Telomer Shortest Length Assay (TeSLA).

Kommerzielle Telomertests für den Endverbraucher, die verschiedene Methoden verwenden, sind bereits auf dem Markt erhältlich.

Telomertests: Lohnen sie sich?

Die Telomerlänge gilt als Biomarker des Alterns, und Wissenschaftler schlagen vor, sie zur Vorhersage altersbedingter Krankheiten und der Langlebigkeit zu nutzen. Bei Telomerlängentests sind jedoch einige Dinge zu beachten:

1. Die Labormethoden sind unterschiedlich, nicht vollständig standardisiert und nicht direkt vergleichbar. Die tatsächliche Länge der Telomere und ihre Verkürzungsrate sind wichtig, daher sollten die Wissenschaftler die gleiche serielle Messmethode verwenden.
2. Die Verkürzung der Telomere ist ein dynamischer Prozess, der durch Faktoren beschleunigt werden kann, die nichts mit dem Altern zu tun haben, wie z. B. die Aktivierung des Immunsystems.
3. Der Zusammenhang zwischen Telomerlänge und Alterung ist nicht eindeutig. Die Forschung hat noch nicht geklärt, ob kürzere Telomere die Ursache oder die Folge des Alterns sind.
4. Die Telomerlänge ist nicht der einzige Biomarker für das Altern.

Neben dem Telomertest haben Forscher und Wissenschaftler auch andere Biomarker als Indikatoren für die biologische Alterung vorgeschlagen:

• Genomische Instabilität
• DNA-Methylierung (“epigenetische Uhr”).
• Mitochondriale Dysfunktion.
• Gestörte Regulation von Proteinen in der Zelle.
• Haut- und Darmmikrobiom.

Weitere Studien sind erforderlich, um die robustesten zu identifizieren.