Der Telomercode am Lebensende: Wo liegt die Grenze der Lebensspanne?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Cheng Yiqing, Zhang Peng (Hochmagnetfeld-Wissenschaftszentrum, Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Historischen Aufzeichnungen zufolge schickte Qin Shi Huang viele Male Alchemisten ins Ausland, um nach Elixieren zu suchen, mit denen er Unsterblichkeit erlangen konnte. Kaiser Wu von Han wurde in seinem Streben nach Unsterblichkeit immer wieder getäuscht, blieb jedoch davon besessen ... Es ist nicht schwer zu erkennen, dass es in der jahrtausendealten Geschichte der chinesischen Zivilisation immer eine unendliche Sehnsucht und ein fanatisches Streben nach Unsterblichkeit gab.

Ob Kaiser, Generäle oder einfache Menschen, sie alle sehnen sich nach einem Weg, ewiges Leben zu erlangen. Darüber hinaus spiegeln die zahlreichen Mythen und Legenden, die in der Welt kursieren, die zahlreichen Film- und Fernsehwerke, die der Öffentlichkeit präsentiert werden, und sogar die einfachen und herzlichen Segnungen des Lebens wie „Lebe ein langes Leben“ und „Lebe so lange wie die Südlichen Berge“ die unendliche Sehnsucht der Menschheit nach einem langen Leben wider.

Geburt, Alter, Krankheit und Tod sind menschliche Natur

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Wer jedoch das Ende der Geschichte kennt, weiß, dass diejenigen, die nach Unsterblichkeit streben, dem Schicksal des Todes am Ende nicht entkommen können. Infolgedessen akzeptierten die Menschen nach und nach, dass Geburt, Alter, Krankheit und Tod objektive Gesetze sind, die auf natürliche Weise auftreten, und erkannten, dass die unvernünftige Vorstellung von Unsterblichkeit nichts weiter als eine unrealistische Wahnvorstellung ist.

Die Grenzen der Zellteilung: Das Ende der menschlichen Lebensspanne

Mit der Entwicklung der Zeit und dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie haben die Menschen begonnen, die Welt aus einer wissenschaftlichen Perspektive neu zu beobachten und zu untersuchen. Wissenschaftler begannen, die innere Welt des Lebens von außen nach innen zu erforschen und deckten nach und nach die Geheimnisse des Lebens auf. Tatsächlich lässt sich das „natürliche Auftreten“ dieser Lebensphänomene, sei es Alterung oder Tod, zurückverfolgen.

In den 1960er Jahren entdeckten Wissenschaftler wie Hayflick, dass es eine Obergrenze für die Anzahl der Teilungen normaler menschlicher Embryonalzellen gibt. Nach einer bestimmten Anzahl von Teilungen hören die Zellen auf, sich zu teilen, und das menschliche Leben endet. Basierend auf dieser Theorie liegt die Grenze der menschlichen Lebensspanne bei etwa 120–150 Jahren.

Warum also hören Zellen auf, sich zu teilen? Was genau begrenzt die menschliche Lebensspanne?

Die Uhr des Lebens - Telomere

Wir alle wissen, dass Chromosomen wichtige Träger genetischer Informationen sind. Sie können bei jeder Zellteilung genetische Informationen präzise an die Tochterzellen weitergeben. Gerade aufgrund ihrer Existenz kann jede Art ihre eigene Einzigartigkeit bewahren und gleichzeitig von Generation zu Generation weitergegeben werden. Auf diese Weise wird das Prinzip „Wie man sät, so erntet man“ erreicht, und alle Organismen in der Natur können in geordneter Weise gedeihen. Daher ist die Bedeutung der Chromosomen für das Leben offensichtlich.

Telomere

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Telomere sind kleine Strukturen aus DNA und Protein an den Enden der Chromosomen in Zellen. Sie bedecken und schützen die Enden der Chromosomen wie Kappen. Telomere schützen nicht nur die Integrität der Chromosomen, sondern steuern auch den Teilungszyklus menschlicher Zellen.

Die moderne molekularbiologische Forschung hat ergeben, dass jede Zellteilung mit einer Chromosomenreplikation einhergeht und dass bei jeder Chromosomenreplikation ein Teil des Endes (des Telomers) verloren geht. Daher werden die Telomere mit zunehmender Anzahl der Zellteilungen immer kürzer, bis sie so kurz sind, dass sich die Zelle nicht mehr normal teilen kann, sich nicht mehr erneuert und nur noch stirbt. Inzwischen ist die vorherrschende Meinung in der Wissenschaft, dass die Länge der Telomere den Prozess der Zellalterung und des Zelltods anzeigt und somit die Lebensspanne des Menschen bestimmt.

Alterungsprozess

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Das heißt, dass der menschliche Körper, sofern keine Traumata oder Krankheiten vorliegen, mit der allmählichen Verkürzung der Telomere weiter altert, bis er stirbt. Studien haben gezeigt, dass Menschen mit längeren Telomeren länger leben. Eine extrem kurze Telomerlänge steht in engem Zusammenhang mit Todesfällen durch maligne hämatopoetische Erkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Verdauungs- und Atemwegserkrankungen, Medikamente usw. Interessanterweise haben einige Wissenschaftler männliche und weibliche T-Lymphozyten verglichen und festgestellt, dass es einen geschlechtsspezifischen Unterschied in der durchschnittlichen Länge der Telomere gibt: Die Telomere von Frauen sind länger als die von Männern und im Durchschnitt 8 Jahre „jünger“ als die von Männern.

Vergleich der durchschnittlichen Telomerlänge männlicher und weiblicher T-Zellen mittels zweier Methoden

(Bildquelle: Referenz [4])

Darüber hinaus können neben angeborenen Faktoren, die die Länge der Telomere beeinflussen, auch die erworbene Umgebung einen Einfluss darauf haben. Einige Wissenschaftler haben beispielsweise herausgefunden, dass auch psychischer Stress zu Schäden an den Telomeren führen kann. Es zeigt sich, dass die Aufrechterhaltung einer positiven und guten Lebenseinstellung auch für die Gesundheit und ein langes Leben sehr wichtig ist. Können Telomere also verlängert werden?

Telomerschäden durch psychischen Stress

(Bildquelle: Referenz [2])

Telomerase – der Schlüssel zur Langlebigkeit?

Tatsächlich entdeckten bereits 2009 mehrere amerikanische Wissenschaftler Telomere und entdeckten auch die Existenz einer Substanz im Körper, die die Verlängerung von Telomeren katalysieren kann – Telomerase. Telomerase ist ein RNA-Protein-Komplex, der seine eigene RNA als Vorlage verwendet, um die DNA an den Enden der Chromosomen durch den Prozess der reversen Transkription zu verlängern.

Der katalytische Kernlappen der menschlichen Telomerase (blau) im Komplex mit Histonen (rosa und braun) und Telomer-DNA

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Theoretisch kann die Existenz von Telomerase den durch die Zellteilung verursachten Verlust von Telomeren ausgleichen und so eine unbegrenzte Zellteilung ermöglichen. Allerdings ist die Telomeraseaktivität in normalen Körperzellen sehr gering, das heißt, die Rate, mit der die Telomerase die Telomere verlängert, ist weitaus geringer als die Rate, mit der die Telomere verbraucht werden. Aus diesem Grund kann Telomerase, obwohl sie im menschlichen Körper vorhanden ist, die allgemeine Tendenz zur Verkürzung der Telomere in normalen Körperzellen nicht verhindern und die Zellen auch nicht unsterblich machen.

Obwohl die Telomeraseaktivität in gewöhnlichen somatischen Zellen sehr gering ist, gibt es einige spezielle Zellen, wie etwa Embryonalzellen und Keimzellen, in denen die Telomeraseaktivität sehr hoch ist. Die Telomer-DNA in diesen Zellen verkürzt sich mit zunehmender Anzahl Zellteilungen nicht und kann sich unbegrenzt vermehren.

Ist es also möglich, die Telomeraseaktivität in gewöhnlichen Körperzellen auf irgendeine Weise zu aktivieren, um dem Menschen Unsterblichkeit zu verleihen?

Die Wahl des Lebens: Unsterblichkeit oder Tod?

Tatsächlich gibt es im menschlichen Körper einige Körperzellen, deren Telomerase-Aktivität plötzlich ansteigt und die dadurch eine unbegrenzte Zellvermehrung erreichen – das sind Krebszellen. Das stimmt, Krebszellen, die den Menschen Angst machen, sind unsterblich. Wird daher die Aktivität der Telomerase in normalen Körperzellen aktiviert, teilen sich die Zellen unbegrenzt und entwickeln sich zu Krebszellen. Unkontrolliert wachsende Krebszellen entwickeln sich schließlich zu Tumoren. Das Ergebnis ist: Die Zellen werden unsterblich, aber der Mensch stirbt.

Chromosomen mit Telomeren

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Aus dieser Perspektive ist die Aktivität der Telomerase in menschlichen Körperzellen eingeschränkt, was dazu führt, dass sich die Telomere bei jeder Zellteilung verkürzen, was einen natürlichen Mechanismus zur Begrenzung der Tumorentstehung und zur Abtötung von Krebszellen im Keim zu sein scheint.

Dies zeigt, dass die verschiedenen Funktionsmechanismen im menschlichen Körper äußerst komplex sind. Die normale Verkürzung der Telomere ist ein sehr wichtiger Teil der Erhaltung der menschlichen Gesundheit. Sie erreichen das notwendige Gleichgewicht zwischen der Begrenzung der Lebensdauer der Zellen und der Lebensdauer des menschlichen Körpers, verhindern die Entstehung von Krebs und setzen gleichzeitig eine Grenze für die Lebensdauer.

Derzeit ist noch nicht bekannt, ob eines Tages Unsterblichkeit erreicht werden kann. Sicher ist jedoch, dass Wissenschaftler hart daran arbeiten, die Wahrheit über das Leben zu erforschen. Da Wissenschaftler den menschlichen Körper und den Mechanismus der Telomerverkürzung immer eingehender erforschen und sich die Medizintechnik weiterentwickelt, wird die durchschnittliche Lebenserwartung des Menschen allmählich steigen.

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