Kälte bremst das Altern – Kölner Forscher lösen das Rätsel und verlängern Leben ohne Kälte

Kälte kann das Altern verlangsamen und die Lebensdauer verlängern. Kölner Wissenschaftlern ist es jetzt gelungen, diesen Effekt bei Fadenwürmern sogar ohne Abkühlung auszulösen. Dafür veränderten sie gezielt den Stoffwechsel der Muskeln oder verabreichten eine bestimmte Aminosäure. Auch an menschlichen Nervenzellen entdeckten sie eine Schutzwirkung: Zwei Stoffwechselprodukte verringerten Zellschäden, wie sie bei der Nervenkrankheit ALS auftreten. Ein möglicher Weg, um altersbedingte Erkrankungen künftig zu behandeln.

Hinter der Entdeckung steht ein Forschungsteam um David Vilchez von der Universität zu Köln. Die Wissenschaftler untersuchten den Fadenwurm Caenorhabditis elegans, dessen Alterungsprozesse bereits seit Jahrzehnten erforscht werden. Bei Temperaturen von 15 Grad Celsius lebt er wesentlich länger als bei den üblichen 20 Grad. Die jetzt im Fachjournal Nature veröffentlichten Experimente erklären, wie Muskeln den Kältereiz in ein Schutzsignal für andere Körpergewebe umwandeln.

Wie Kälte das Altern über die Muskeln beeinflusst

Zunächst verglichen die Wissenschaftler den Stoffwechsel erwachsener Fadenwürmer bei 15, 20 und 25 Grad Celsius. Bei der niedrigsten Temperatur fanden sie 45 Stoffwechselprodukte, deren Konzentration in zwei unabhängigen Untersuchungen deutlich erhöht war. Besonders auffällig war Dihydrobiopterin, kurz BH2. Die Konzentration dieser Substanz stieg bereits am ersten Tag nach Beginn der Kältebehandlung und blieb mindestens bis zum zehnten Tag erhöht.

Weitere Experimente führten die Wissenschaftler zur Muskulatur. Dort aktivierte die Kälte verstärkt das Enzym CAT-4, das für die Herstellung von BH2 benötigt wird. Die Substanz gelangt anschließend in andere Gewebe, darunter Darm und Nervenzellen. Dort entsteht daraus die biologisch aktive Verbindung BH4. Sie unterstützt wiederum die Herstellung der Aminosäure Tyrosin, die an weiteren Stoffwechselprozessen beteiligt ist.

Ein Eingriff in die Muskeln verlängert das Leben deutlich

Die genetisch veränderten Fadenwürmer produzierten in ihren Muskeln mehr vom Enzym CAT-4 und lebten dadurch länger – sogar bei 20 und 25 Grad Celsius. Der lebensverlängernde Effekt trat damit auch ohne Abkühlung ein. An den Versuchen nahmen jeweils 96 Würmer pro Versuchsbedingung teil.

Fehlte CAT-4 dagegen ausschließlich in der Muskulatur, fiel ein Teil des lebensverlängernden Kälteeffekts weg. Eine verringerte Produktion in Darm oder Nervenzellen hatte diese Wirkung nicht. Umgekehrt schützte eine erhöhte CAT-4-Produktion in den Muskeln auch entfernte Gewebe vor altersbedingten Schäden. „Das eröffnet uns neue Wege für therapeutische Ansätze“, erklärt Vilchez.

Eine Aminosäure ahmt die Wirkung der Kälte nach

Anschließend prüften die Wissenschaftler, ob sich die Wirkung durch die Zugabe einzelner Stoffwechselprodukte erreichen lässt. Dabei zeigten sich drei unterschiedliche Effekte:

BH2: Die zusätzliche Gabe verlängerte die Lebensdauer der Würmer bei 15 Grad leicht, bei 20 Grad dagegen nicht. Allerdings blieben behandelte Tiere im Alter länger beweglich.
CAT-4: Eine genetisch gesteigerte Produktion dieses Enzyms in den Muskeln verlängerte das Leben bei 15, 20 und 25 Grad.
Tyrosin: Die zusätzliche Gabe dieser Aminosäure verlängerte die Lebensdauer sowohl bei 15 als auch bei 20 Grad.

Der Zusammenhang mit Tyrosin führte zu einer weiteren Entdeckung. Die Substanz beeinflusste den Umgang der Zellen mit ihren Eiweißen. Im Laufe des Alterns verlieren manche Proteine ihre richtige Form und verklumpen. Solche Ablagerungen können die Funktion von Zellen beeinträchtigen. Eine erhöhte BH2-Produktion in den Muskeln verringerte entsprechende Ablagerungen bei den Fadenwürmern. Gleichzeitig blieben wichtige Funktionen von Darm und Nervenzellen länger erhalten.

Menschliche Nervenzellen werden besser geschützt

Anschließend untersuchten die Kölner Wissenschaftler menschliche Zellmodelle der Krankheiten Huntington und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS). Bei beiden Erkrankungen können fehlgefaltete Proteine Nervenzellen schädigen. Die Forscher behandelten die Zellen drei Tage lang mit BH2 oder Tyrosin. Beide Substanzen verringerten krankhafte Proteinansammlungen. BH2 wirkte unter anderem gegen veränderte Formen der Proteine TDP-43 und FUS, die mit ALS in Verbindung stehen.

Noch einen Schritt weiter gingen die Wissenschaftler mit menschlichen Motoneuronen, die sie aus Stammzellen hergestellt hatten. Diese Nervenzellen trugen eine krankheitsauslösende ALS-Mutation. Nach der Behandlung mit BH2 beziehungsweise Tyrosin fanden die Forscher weniger Anzeichen für programmierten Zelltod. Die Substanzen verstärkten außerdem bestimmte zelluläre Schutzmechanismen, die verhindern, dass Eiweiße ihre richtige Form verlieren.

Für eine Pille gegen das Altern ist es noch zu früh

Ob BH2 oder Tyrosin eines Tages gegen das Altern oder neurodegenerative Erkrankungen eingesetzt werden können, ist noch offen. Bislang ließ sich die Lebensdauer ausschließlich bei Fadenwürmern verlängern. In menschlichen Zellkulturen verringerten die Substanzen krankhafte Proteinverklumpungen und Anzeichen von Nervenzellschäden. Unter starkem oxidativem Stress, bei dem aggressive Sauerstoffverbindungen Zellen belasten, verlor BH2 allerdings seine Schutzwirkung. Tyrosin blieb unter diesen Bedingungen wirksam.

Hinzu kommt ein weiteres Problem: BH2 muss im Körper zunächst in die biologisch aktive Form BH4 umgewandelt werden. Gerät das Verhältnis beider Stoffe aus dem Gleichgewicht, können bei Säugetieren wichtige Funktionen der Blutgefäße beeinträchtigt werden. Ob sich dieser Stoffwechselweg beim Menschen sicher nutzen lässt, ist bislang ungeklärt. Klinische Studien zur Wirksamkeit gegen altersbedingte Erkrankungen stehen noch aus.

Kurz zusammengefasst:

Kälte kann das Altern verlangsamen: Bei Fadenwürmern steigern niedrige Temperaturen die Produktion des Stoffwechselprodukts BH2 in den Muskeln, das zum Schutz anderer Gewebe beiträgt.
Lebensverlängerung funktioniert auch ohne Kälte: Eine genetisch erhöhte BH2-Produktion in den Muskeln oder die zusätzliche Gabe der Aminosäure Tyrosin verlängerte das Leben der Fadenwürmer auch bei normalen Temperaturen.
Menschliche Nervenzellen profitieren ebenfalls: BH2 und Tyrosin verringerten in Laborversuchen krankhafte Proteinablagerungen und Anzeichen von Zellschäden. Eine lebensverlängernde Wirkung beim Menschen ist bislang nicht nachgewiesen.

Übrigens: Auch ohne Kälte lässt sich die Lebensdauer von Tieren verlängern. Forscher aktivierten den Energiesensor AMPK und ließen Fadenwürmer und Fruchtfliegen dadurch um mehr als 25 Prozent länger leben. Mehr dazu in unserem Artikel.