Wenn wir altern, werden auch die Kraftwerke unserer Zellen müde

Viele merken es zuerst auf der Treppe, beim Einkaufen, nach einem langen Tag: Die Kraft ist schneller weg. Der Körper wirkt müde, obwohl Schlaf, Essen und Bewegung eigentlich passen. Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung aus Jena haben nun einen möglichen Grund gefunden: In alternden Zellen gerät die Energieversorgung ins Stocken – weil ein Fettmolekül den kleinen Kraftwerken der Zellen fehlt, wie es in ihrer Studie heißt.

Der Körper produziert dabei offenbar weniger Phosphatidylcholin. Dieses Fettmolekül hält die Membranen der Mitochondrien beweglich. Verlieren die Zellkraftwerke diese Flexibilität, verteilen sie Energie im Körper schlechter.

Mitochondrien verlieren im Alter ihre Energie-Flexibilität

Mitochondrien arbeiten nicht wie starre Batterien. Sie bilden in den Zellen ein bewegliches Netzwerk. Dieses Netzwerk hilft dabei, Energie dorthin zu transportieren, wo sie gerade gebraucht wird. Zerfällt diese Struktur, produzieren die Zellkraftwerke zwar weiter Energie, die Verteilung funktioniert aber schlechter.

„Man kann 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“, erklärt die Leiterin der Studie, Dr. Maria Ermolaeva.

Die Facharbeit beschreibt mitochondriale Fehlfunktionen als „ein auffälliges Merkmal des Alterns“. Entscheidend ist dabei nicht allein die Menge an Energie. Wichtig bleibt auch die Fähigkeit der Zellen, sich schnell an Belastung und Stress anzupassen. Fachleute sprechen dabei von metabolischer Plastizität. Diese Anpassungsfähigkeit hilft dem Körper etwa bei Reparaturprozessen, Hungerphasen oder Stoffwechselstress.

Für die Untersuchung nutzte das Team unter anderem den Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Dieses Tiermodell verwenden Alternsforscher häufig, weil viele biologische Prozesse schnell beobachtet werden können. Die Forscher verglichen Würmer am ersten, fünften und zehnten Tag des Erwachsenenalters. Pro Probe analysierten sie mindestens 500 Tiere. Insgesamt erfassten sie 5339 Proteine.

Ein Fettmolekül hält Zellkraftwerke beweglich

Im hohen Alter der Würmer veränderten sich 1835 Proteine. Im mittleren Alter waren es 1187. Besonders stark sanken die Werte dreier Proteine namens SAMS-1, PMT-1 und PMT-2. Alle drei hängen eng mit der Bildung von Phosphatidylcholin zusammen.

Störten die Forscher diese Prozesse bei jungen Würmern, wirkten deren Mitochondrien rasch gealtert. Das Netzwerk zerfiel stärker in kleine Einzelteile. Zusätzlich sank die Sauerstoffaufnahme der Zellen. Das deutete auf eine schwächere Leistung der Zellkraftwerke hin.

„Wir waren selbst überrascht, wie stark dieses Molekül die Struktur, die Vernetzung und die Funktion der Mitochondrien beeinflussen kann“, sagt Dr. Tetiana Poliezhaieva, Erstautorin der Studie. Ein einzelnes Fettmolekül beeinflusst offenbar, wie stabil die Energieversorgung in alternden Zellen bleibt.

Cholin stabilisierte gealterte Mitochondrien

Die Forscher gaben den Würmern Phosphatidylcholin oder Cholin. Cholin nutzt der Körper als Vorstufe für Phosphatidylcholin. Danach stabilisierten sich die Mitochondrien in mehreren Experimenten wieder und die Zellkraftwerke der Würmer wirkten innerhalb von nur zwei Tagen deutlich „verjüngt“.

Aus den Versuchen lassen sich drei Befunde ableiten:

• Phosphatidylcholin verringerte Schäden an der Struktur der Mitochondrien.
• Cholin konnte ähnliche Effekte auslösen.
• In menschlichen Zellkulturen verbesserten sich Widerstandskraft und Stoffwechsel unter mitochondrialem Stress.

Humandaten zeigen ähnliche Veränderungen der Zellkraftwerke

Zusätzlich wertete das Team große Datensätze menschlicher Gewebe aus. Dabei untersuchten die Forscher Genaktivität, Stoffwechselwerte und Gesundheitsdaten. In 46 menschlichen Geweben suchten sie nach ähnlichen Mustern. Im Unterhautfettgewebe analysierten sie 192 Proben.

Auch Daten der UK Biobank lieferten auffällige Zusammenhänge. Dort verglich das Team unter anderem 3100 Menschen mit Diabetes und 27.169 Menschen ohne Diabetes. Menschen mit Diabetes hatten niedrigere relative Werte von Phosphatidylcholin.

Besonders deutlich fiel ein Rückgang bei Frauen rund um die Menopause auf. Dr. Ermolaeva erklärt dazu: „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.“

Warum daraus noch keine Anti-Aging-Pille wird

Die Wissenschaftler betonen selbst, dass die menschlichen Daten bislang nur Zusammenhänge zeigen. Ein direkter Beweis für eine Anti-Aging-Wirkung beim Menschen fehlt also noch. Dr. Maria Ermolaeva fasst die Ergebnisse so zusammen:

Unsere Arbeit zeigt, dass sowohl die mitochondriale Alterung als auch die allgemeine systemische Alterung zumindest teilweise veränderbar sind.

Ob daraus später konkrete Therapien oder Ernährungsempfehlungen entstehen, müssen weitere Studien zeigen.

Kurz zusammengefasst:

• Mit dem Alter bilden Zellen offenbar weniger Phosphatidylcholin. Dieses Fettmolekül hält die Membranen der Mitochondrien beweglich und hilft dabei, Energie flexibel in der Zelle zu verteilen.
• In Versuchen mit Fadenwürmern zerfielen die Netzwerke der Mitochondrien stärker, wenn die Bildung von Phosphatidylcholin gestört wurde. Cholin und Phosphatidylcholin konnten bestimmte Schäden an Struktur und Funktion teilweise wieder abschwächen.
• Daten aus menschlichen Geweben und der UK Biobank deuten auf ähnliche Zusammenhänge hin, besonders bei Diabetes und nach der Menopause. Die Ergebnisse gelten aber noch nicht als Beweis für eine Anti-Aging-Wirkung beim Menschen.

Übrigens: Während Forscher nach Ursachen für schwindende Energie im Alter suchen, sorgt ein Anti-Aging-Wirkstoffmix nun für neue Sorgen. In Tierversuchen beschädigte die Kombination aus Dasatinib und Quercetin offenbar wichtige Schutzschichten im Gehirn. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Magnific