Warum unsere biologische Uhr tickt: Forschung bringt die wichtigsten Theorien des Alterns in Einklang

Forscher der University of California San Diego School of Medicine haben Ergebnisse veröffentlicht, die ein neues Licht auf eine alte Frage werfen: Was verursacht das Altern auf molekularer Ebene? Ihre in Nature Aging veröffentlichten Ergebnisse beschreiben eine nie dagewesene Verbindung zwischen den beiden am meisten akzeptierten Erklärungen: zufällige genetische Mutationen und vorhersehbare epigenetische Veränderungen. Letztere, auch als epigenetische Uhr-Theorie bekannt, wurde von Wissenschaftlern weithin als konsistentes, quantitatives Maß für das biologische Altern verwendet. Die neue Studie deutet jedoch darauf hin, dass der Prozess möglicherweise nicht so einfach ist.

Zwei vorherrschende Theorien über die Beziehung zwischen Alterung und DNA

„Große Forschungseinrichtungen und Unternehmen setzen darauf, die epigenetische Uhr zurückzudrehen, um die Auswirkungen des Alterns umzukehren. Unsere Forschung deutet jedoch darauf hin, dass dies möglicherweise nur ein Symptom des Alterns behandelt und nicht die zugrunde liegende Ursache“, so der Co-Korrespondenzautor Trey Ideker, Ph.D., Professor an der UC San Diego School of Medicine und der UC San Diego Jacobs School of Engineering. „Wenn Mutationen tatsächlich für die beobachteten epigenetischen Veränderungen verantwortlich sind, könnte dies die Art und Weise, wie wir in Zukunft Anti-Aging-Maßnahmen angehen, grundlegend verändern.“

Es gibt zwei vorherrschende Theorien über die Beziehung zwischen Alterung und DNA. Die Theorie der somatischen Mutation besagt, dass Alterung durch die Anhäufung von Mutationen verursacht wird, dauerhafte Veränderungen in unserer DNA-Sequenz, die zufällig auftreten. Die Theorie der epigenetischen Uhr besagt, dass Alterung durch die Anhäufung von epigenetischen Modifikationen auftritt, geringfügige Veränderungen der chemischen Struktur der DNA, die die zugrunde liegende Sequenz nicht verändern, sondern stattdessen verändern, welche Gene ein- oder ausgeschaltet sind. Im Gegensatz zu Mutationen können epigenetische Modifikationen in einigen Fällen auch rückgängig gemacht werden. Da epigenetische Modifikationen nur an bestimmten Stellen unseres Genoms und nicht an zufälligen Stellen auftreten, lassen sie sich leichter quantifizieren und sind für Wissenschaftler zu einer Möglichkeit geworden, das „biologische Alter“ von Zellen zu bestimmen. Wissenschaftler haben sich jedoch schon lange gefragt, woher diese epigenetischen Veränderungen stammen.

Entwicklung neuer Therapien zur Prävention oder Umkehrung des Alterungsprozesses

Um diese grundlegende Frage zu beantworten, analysierten die Forscher Daten von 9.331 Patienten, die im Cancer Genome Atlas und in der Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes katalogisiert sind. Durch den Vergleich genetischer Mutationen mit epigenetischen Modifikationen stellten sie fest, dass Mutationen vorhersehbar mit Veränderungen der DNA-Methylierung, einer Art der epigenetischen Modifikation, korrelierten. Sie fanden heraus, dass eine einzelne Mutation eine Kaskade epigenetischer Veränderungen im gesamten Genom verursachen kann, nicht nur dort, wo die Mutation auftrat. Anhand dieser Beziehung konnten die Forscher ähnliche Vorhersagen über das Alter treffen, wobei sie entweder Mutationen oder epigenetische Veränderungen verwendeten.

„Epigenetische Uhren gibt es schon seit Jahren, aber wir beginnen erst jetzt, die Frage zu beantworten, warum epigenetische Uhren überhaupt ticken“, sagte der Erstautor Zane Koch, Doktorand in Bioinformatik an der UC San Diego. Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass epigenetische Veränderungen eng und vorhersehbar mit zufälligen genetischen Mutationen verbunden sind.

Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass weitere Forschung erforderlich ist, um die Beziehung zwischen somatischen Mutationen und epigenetischen Veränderungen im Alterungsprozess vollständig zu verstehen. Die Ergebnisse der Studie stellen jedoch einen bedeutenden Durchbruch in unserem Verständnis des Alterungsprozesses dar, und haben wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Therapien zur Prävention oder Umkehrung des Alterungsprozesses. Wenn somatische Mutationen der grundlegende Treiber des Alterns sind und epigenetische Veränderungen diesen Prozess einfach nur nachverfolgen, wird es laut den Forschern viel schwieriger sein, das Altern umzukehren, als bislang gedacht. Dadurch verschiebt sich unser Fokus von der Betrachtung des Alterns als programmierten Prozess hin zu einem Prozess, der weitgehend durch zufällige, kumulative Veränderungen im Laufe der Zeit beeinflusst wird.