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Wie die molekulare Uhr tickt

Die meisten Zellen des menschlichen Körpers können sich nicht beliebig oft teilen. Dies trägt unwiderruflich zu den Alterungsprozessen bei. Wie allerdings funktioniert dieser molekulare Schalter, der den meisten Körperzellen signalisiert, dass sie sich nur 30 bis 40 mal – andere Quellen sprechen von 40 bis 60 mal – teilen können, bevor sie in den zellulären Ruhestand gehen und ihre Teilungsaktivität einstellen?

Im Hintergrund dieser Teilungsprozesse tickt quasi eine molekulare Uhr in Form der sogenannten Telomere. Dieses Wort ist eine Kombination aus dem griechischen „Telos“ für Ende und „Meros“ für Teil. Die Telomere sind also „Endteile“, sitzen auf den Enden der Chromosomen und bestehen beim Menschen aus etwa 5.000 – 12.000 Basenpaaren. Sie sind für die Stabilität und zum Schutz der Chromosomen erforderlich. Und bei jeder Zellteilung werden die Telomere etwas kürzer. Unterschreitet die Telomerlänge ein kritisches Minimum – man geht derzeit von 4.000 Basenpaaren aus – kann sich die Zelle nicht mehr weiter teilen. Es kommt zum programmierten Zelltod (Apoptose) oder zu einem häufig mit Alterungsprozessen einhergehenden dauerhaften Wachstumsstopp.

Es gibt allerdings ein Enzym, die Telomerase, das die bei der Zellteilung verlorengegangenen Fragmente an den Telomeren wiederherstellen kann. Die Telomerase verhindert dadurch, dass die Chromosomen bei jeder Zellteilung kürzer werden und verhindert somit auch den programmierten Zelltod oder die Seneszenz. In den meisten Zellen des menschlichen Körpers ist die Telomerase nicht nachweisbar. Aktiv ist sie jedoch beispielsweise in embryonalen Stammzellen, Keimzellen, Hautzellen, Blutzellen, Zellen des Immunsystems oder in den Schleimhautzellen des Magen-/Darmtraktes. Außerdem kommt die Telomerase auch in fast allen Krebszellen in besonders großer Menge vor und ermöglicht Tumoren vermutlich deren unkontrolliertes Wachstum.

Entdeckt wurde die Telomerase Mitte der 80er-Jahre von den US-amerikanischen Forscherinnen Blackburn und Greider, die sich schon frühzeitig mit der Bedeutung der Telomere, der Telomerase und den damit verbundenen Prozessen der Zellalterung bzw. der Krebsentstehung beschäftigt haben. Die beiden Wissenschaftlerinnen wurden dafür im Jahre 2006 mit dem Albert Lasker Award for Basic Medical Research ausgezeichnet. Dieser Preis gilt als höchste medizinisch-wissenschaftliche Auszeichnung in den USA und quasi als inoffizieller amerikanischer Medizinnobelpreis.

Blackburn hat einmal vom „Dr. Jekyll-und-Mr. Hyde-Gesicht“ der Telomerase gesprochen. Zum einen ist das Enzym essenziell für Stammzellen, damit sich diese viel häufiger als normale Körperzellen teilen können. Zum anderen aber ist die Telomerase in Krebszellen auch dafür verantwortlich, dass diese sich unkontrolliert teilen und zur Ausbreitung der Tumoren im Körper beitragen.

Eine niedrige Telomeraseaktivität ist mit zellulären Alterungsprozessen verbunden und ist gleichzeitig in ausdifferenzierten, erwachsenen Körperzellen ein Schutzmechanismus vor einer unkontrollierten Zellteilung, da der programmierte Zelltod Teil des körpereigenen Reparatur- und Schutzsystems ist.

Die Telomerase wird seit einigen Jahren dahingehend überprüft, ob durch ihre Aktivierung Alterungsprozesse vermieden oder zumindest verzögert werden können. Damit wäre aber auch gleichzeitig jede Wachstumskontrolle ausgeschaltet, denn die Begrenzung der Anzahl der möglichen Zellteilungen verhindert, dass Zellen mit verändertem Erbgut dieses ab einem bestimmten Zeitpunkt überhaupt noch weitergeben können. Der Prozess des Altwerdens ist zudem sehr komplex und wird über viele externe Faktoren beschleunigt, wie UV-Licht, Ozon, Tabakrauch, Umweltgifte und Radikale. Ein „Anti-Aging-Ansatz“ mittels Telomeraseaktivierung erscheint deshalb derzeit nicht realisierbar.

Die Tumortherapie mit Telomerasehemmern wird ebenfalls erforscht. Da das Enzym in einem Großteil der Krebszellen aktiv ist, prüfen die Wissenschaftler, ob eine Enzymhemmung die Teilung von Tumorzellen und damit auch das weitere Tumorwachstum hemmen würde. Hier sind aber noch weitere, grundlegende Experimente erforderlich, auch um sicherzustellen, dass andere Körperzellen mit aktiver Telomerase nicht ebenfalls gehemmt werden.

Ob nun das Verzögern des programmierten Zelltods über eine Aktivierung der Telomerase oder das Blockieren des Wachstums von Tumorzellen über eine entsprechende Hemmung: Beide Forschungsgebiete fußen auf molekularbiologischen Erkenntnissen, ohne die dieses detaillierte Wissen auf Ebene einzelner Moleküle gar nicht verfügbar wäre. Die weitere Grundlagenforschung wird zeigen, ob sich neue therapeutische Ansätze etablieren lassen, die auf der gezielten Beeinflussung der Telomerase basieren.