Ein internationales Team unter Leitung des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena hat einen bislang unbekannten Mechanismus beim Altern von Zellen entdeckt. Eine zentrale Rolle spielt demnach das Membranlipid Phosphatidylcholin, das für die Funktion der Mitochondrien entscheidend ist.

Mitochondrien sind vor allem als „Kraftwerke der Zellen“ bekannt, doch mittlerweile ist in Fachkreisen geläufig, dass diese nicht nur Energie bereitstellen, sondern auch die zelluläre Kommunikation, Anpassung und viele lebenswichtige Prozesse koordinieren. Doch mit zunehmendem Alter verlieren diese Kraftwerke an Leistungsfähigkeit. Lange Zeit ging die Forschung davon aus, dass vor allem genetische Schäden innerhalb der Mitochondrien selbst dafür verantwortlich sind.

Doch nun hat ein Team um Studienleiterin Maria Ermolaeva vom Leibniz-Institut für Alternsforschung herausgefunden, dass die Ursache für die Alterung nicht in den Genen liegt, sondern vor allem in der Zusammensetzung der Membranhülle der Mitochondrien – und insbesondere im Anteil des Lipids Phosphatidylcholin. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Verjüngung war in Modellorganismen möglich

Wie das FLI mitteilte, nimmt die körpereigene Produktion von Phosphatidylcholin mit zunehmendem Alter ab. Das Lipid sorgt dafür, dass die Membran flexibel bleibt und sich dynamisch neu organisieren kann. Dies wiederum ist die Grundlage für die mitochondriale Fusion, also das Verschmelzen einzelner Mitochondrien zu großen, eng miteinander verknüpften Netzwerken. Nimmt die Produktion von Phosphatidylcholin ab, führt dies zu einer Zersplitterung und Funktionsstörung der Mitochondrienmembranen.

Man könne sich das gesamte System als ein fein verzweigtes Stromnetz vorstellen, das mit zunehmendem Alter mehr und mehr beschädigt wird: Verbindungen brechen zusammen und der Stromfluss stockt, so Ermolaeva. Somit verlieren Zellen ihre metabolische Plastizität, also ihre Fähigkeit, sich schnell auf einen schwankenden Energiebedarf einzustellen. Dies gilt als Kernmerkmal des Alterns und als Ursache für Krankheiten wie Diabetes.

Das Team um Ermolaeva untersuchte den Mechanismus am Fadenwurm Caenorhabditis elegans, an menschlichen Zellkulturen sowie anhand klinischer Patientendaten. Wurden bei jungen Würmern Gene der Phosphatidylcholin-Synthese deaktiviert, hätten deren Mitochondrien rasch „gealtert“ ausgesehen, erklärte Dr. Tetiana Poliezhaieva, Erstautorin der Studie. Besonders fasziniert waren die Forscher davon, wie sehr diese Veränderungen den Mitochondrien ähnelten, die typischerweise in chronologisch alten Organismen zu beobachten sind.

„Wir waren selbst überrascht, wie stark dieses Molekül die Struktur, die Vernetzung und die Funktion der Mitochondrien beeinflussen kann“, erklärt Poliezhaieva. Die Ergebnisse legten nahe, dass die Versorgung der Zellen mit diesem Lipid eine Schlüsselrolle für die Erhaltung ihrer Leistungsfähigkeit spiele. Die gute Nachricht der Jenaer Forschergruppe: Der Prozess der altersbedingten Funktionsstörungen ist auch umkehrbar. Durch die Fütterung der Fadenwürmer mit Phosphatidylcholin oder dessen Vorläufer Cholin hätten sich die Mitochondrien innerhalb von zwei Tagen wieder verjüngt.

Besonders betroffen: Frauen in der Menopause

Durch eine gezielte Erhöhung der Phosphatidylcholin-Spiegel – beispielsweise über die Ernährung – stabilisierten sich die Mitochondriennetzwerke in alten Würmern und die Zellen begannen wieder, Energie effizienter zu produzieren. Dies deutet darauf hin, dass zumindest einige Aspekte des Alterns deutlich verlangsamt werden können, was ein längeres gesundes Leben ermöglicht.

Den Daten zufolge verläuft das Altern zudem nicht gleichmäßig, sondern in Phasen. Auch geschlechtsspezifische Unterschiede im Fettstoffwechsel stellten die Forscher fest. Der stärkste Rückgang der Phosphatidylcholin-Werte sei bei Frauen im Alter um die Menopause beobachtet worden, teilte das Institut mit. „Diese Beobachtung ist besonders bemerkenswert, da sie mit einer Zeit zusammenfällt, in der viele Frauen von einem deutlichen Rückgang ihrer Energie und dem Einsetzen anhaltender Müdigkeit berichten“, fügt Dr. Ermolaeva hinzu.

Ob sich die Erkenntnisse in Therapien für den Menschen umsetzen lassen, müsse in weiteren Studien geklärt werden, hieß es vom FLI. Nahrungsergänzungsmittel könnten nach Einschätzung der Wissenschaftler dazu beitragen, die Zellfunktion im Alter zu stabilisieren. Eine direkte therapeutische Anwendung sei mit der nun veröffentlichten Studie allerdings noch nicht verbunden, betonten die Forscher. Die Wissenschaftler sehen in den Befunden einen Ansatzpunkt, um altersbedingte Stoffwechselstörungen künftig gezielter behandeln zu können.