Wissenschaftler verlängern die Lebensdauer von Mäusen, indem sie diese Gehirn-Körper-Verbindung wiederherstellen

By | January 15, 2024

Es ist leicht, Körperfett als bloße unerwünschte Polsterschicht zu verunglimpfen, die still unter der Haut sitzt. Aber diese Zellen sind überraschend aktiv. Sie fungieren nicht nur als Energiespeicher, sondern schütten auch eine Vielzahl von Hormonen aus, die mit verschiedenen Organen interagieren, um den Stoffwechsel, die Immunantwort und sogar die Fortpflanzung zu steuern.

Sie könnten die Langlebigkeit auch mit einem unerwarteten Partner regulieren: dem Gehirn.

Eine neue Studie an Mäusen hat eine „Telefonleitung“ zwischen Fettgewebe und einer Gruppe von Neuronen im Hypothalamus entdeckt – einer Region unten im Gehirn, die grundlegende Körperfunktionen wie Temperaturregulierung und Atmung steuert.

Wenn sie jung sind, signalisieren diese Neuronen dem Fettgewebe, Energie freizusetzen, die das Gehirn antreibt. Mit zunehmendem Alter verschwimmt die Grenze. Fettzellen können ihre zahlreichen Funktionen nicht mehr steuern und Neuronen haben Schwierigkeiten, Informationen über ihre Netzwerke zu übertragen.

Mithilfe genetischer und chemischer Methoden fand das Team einen Marker für diese Neuronen – ein Protein namens Ppp1r17 (eingängig, ich weiß). Die Veränderung des Verhaltens des Proteins bei älteren Mäusen durch Gentechnik verlängerte deren Lebensspanne um etwa sieben Prozent. Bei einer durchschnittlichen Lebenserwartung des Menschen von 76 Jahren entspricht der Anstieg mehr als fünf Jahren.

Die Behandlung veränderte auch die Gesundheit der Mäuse. Ratten lieben es zu rennen, aber ihre Ausdauer nimmt mit zunehmendem Alter ab. Die Reaktivierung von Neuronen bei älteren Mäusen hat ihre Motivation wiederbelebt und sie von Stubenhockern in beeindruckende Läufer verwandelt.

„Wir haben einen Weg aufgezeigt, das Altern zu verlangsamen und die gesunde Lebensspanne bei Mäusen zu verlängern, indem wir einen wichtigen Teil des Gehirns manipulieren“, sagte Studienautor Dr. Shin-ichiro Imai von der University of Washington.

Das Gehirn-Körper-Internet

Langlebigkeit ist kompliziert. Mehrere Faktoren beeinflussen, wie schnell unsere Gewebe und Organe altern, etwa genetische Fehler, Entzündungen, epigenetische Veränderungen und Stoffwechselprobleme.

Aber es gibt eine Schlussfolgerung: Jahrzehntelange Arbeit an verschiedenen Tierarten hat ergeben, dass Kalorienreduzierung und mehr Bewegung die Funktionen mehrerer Organe mit zunehmendem Alter jung halten. Viele der Vorteile ergeben sich aus der Interaktion zwischen Gehirn und Körper.

Das Gehirn existiert nicht in einem Bottich. Obwohl Neuronen durch eine sehr selektive Barriere geschützt sind, die nur den Zutritt bestimmter Moleküle zulässt, reagieren sie auf Blutbestandteile, die die Barriere umgehen, um ihre Funktionen zu verändern – zum Beispiel die Beibehaltung von Lern- und Gedächtnisfunktionen bis ins hohe Alter.

Neuere Studien haben zunehmend mehrere Kommunikationskanäle zwischen Gehirn und Muskeln, dem Skelett und der Leber identifiziert. Nach dem Training verändern beispielsweise vom Körper freigesetzte Proteine ​​die Gehirnfunktionen und steigern so das Lernen und das Gedächtnis bei älteren Ratten und in einigen Fällen auch bei älteren Menschen. Wenn diese Kommunikationskanäle versagen, lösen sie altersbedingte Gesundheitsprobleme aus und begrenzen die Lebenserwartung und Gesundheit (die Anzahl der gesunden Jahre).

Die Gehirn-Körper-Verbindung funktioniert in beide Richtungen. Der Hypothalamus liegt tief an der Basis des Gehirns und reguliert eine Vielzahl von Hormonen, um Körperfunktionen zu verändern. Mit seinen Hormonsekreten sendet die Gehirnregion Anweisungen an eine Vielzahl von Organen, darunter Leber, Muskeln, Darm und Fettgewebe, und verändert so ihr Verhalten mit zunehmendem Alter.

Der Hypothalamus wird oft als „Kontrollzentrum des Alterns“ bezeichnet und war ein Ziel von Langlebigkeitsforschern.

Im Jahr 2013 entdeckte ein Team, dass die Neuprogrammierung von Immunreaktionen in der Gehirnregion die Lebenserwartung erhöhen könnte. Im selben Jahr entdeckte Imais Team, dass die Aktivierung der Gehirnregion die Uhr bei älteren Ratten verlangsamte. Wie ihre jüngeren Altersgenossen trieben sie mehr Sport, hatten einen gesünderen Stoffwechsel und hielten ihre Körpertemperatur in Umgebungen außerhalb ihrer gewohnten Komfortzone leichter aufrecht. Sie schliefen auch besser und ihr Gehirn sendete treue Anweisungen an ihre Muskeln, sodass sie sich in ihrer Umgebung einparken konnten.

Eine Frage beschäftigte das Team jedoch: Warum hat es funktioniert?

Offene Leitungen

Die neue Studie suchte nach Neuronen im Hypothalamus, die Fettgewebe mit dem Gehirn und der Langlebigkeit verbinden.

Sie konzentrierten sich zunächst auf eine Untergruppe von Neuronen im Hypothalamus aus einem Pool, von dem zuvor bekannt war, dass er das Altern reguliert. Diese Zellen haben einen hohen Anteil eines Proteins namens Ppp1r17 – im Grunde ein Marker, der sie von allen anderen Zelltypen im Hypothalamus unterscheidet – und erstrecken sich über das gesamte Gehirn und den Körper.

Neuronen „können Signale an ein bestimmtes Gewebe senden und dessen Funktion regulieren“, schrieb das Team. Mit anderen Worten: Sie könnten möglicherweise eine Gehirn-Körper-Verbindung herstellen.

Um die Theorie zu testen, eliminierte das Team Ppp1r17 genetisch im Hypothalamus von drei Monate alten Mäusen – etwa im Alter eines Teenagers. Innerhalb von zwei Monaten explodierte die Größe der Kreaturen. Sie begannen vor dem Schlafengehen zu feiern und hatten keine Lust mehr, am Lenkrad zu rennen – eine frühere Lieblingsbeschäftigung.

Die Änderungen erregten die Aufmerksamkeit des Teams. Es ist bekannt, dass Kalorienreduzierung und Bewegung die Gesundheit von Laborratten und möglicherweise auch Menschen verbessern.

Mittels molekularer Analyse entdeckte das Team, dass Neuronen mit Ppp1r17 das Verhalten von Fettzellen veränderten. Das Protein schwimmt um den Zellkern – die nussartige Struktur, die unsere DNA einkapselt – und andere Teile der Zelle.

Bei jungen Mäusen sitzt es im Zellkern und aktiviert eine Nervenbahn, die das Fettgewebe reguliert. Es weist Fettzellen an, beispielsweise beim Training Energiereserven freizusetzen und ein Protein auszupumpen, das das Gehirn mit Energie versorgt. Mit zunehmendem Alter bricht der gesamte Zyklus zusammen. Das Protein wandert vom Zellkern zu anderen Teilen des Neurons und blockiert so die Kommunikation mit den Fettzellen.

In einem Versuch, das System bei alten Mäusen wiederherzustellen, veränderte das Team genetisch ein „Transporter“-Protein, um Ppp1r17 zurück zum Zellkern zu transportieren. Dieser Trick verlangsamte die Zeichen der Hautalterung.

Gleichzeitig wurden auch die Fettzellen der Mäuse verjüngt. Sie pumpten sofort ein Hormon aus, das für die Gesunderhaltung des Hypothalamus unerlässlich ist. Anstatt auf der Couch zu schmachten, entschieden sich die Mäuse dafür, auf dem Rad herumzurennen. Im Vergleich zu gleichaltrigen Artgenossen hatten sie flauschiges, glänzendes Fell, ein Zeichen von Jugend und Gesundheit.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verlagerung von Ppp1r17 zurück in den Zellkern die Maus auch bis ins hohe Alter gesund hält. Und „bemerkenswerterweise“, schrieb das Team, lebten die veränderten Mäuse um etwa 7 Prozent länger als ihre Wurfgeschwister.

Mithilfe einer anderen Technologie, die das Protein gezielt im Zellkern hielt, rekapitulierte das Team die Ergebnisse. Diese älteren Mäuse liefen auch wie der Wind, hielten ihr Fettgewebe in gutem Zustand und verzeichneten im Vergleich zu ihren Artgenossen eine höhere Lebenserwartung.

Die Studie ist die neueste, die Wege zwischen Körper und Gehirn auf der Suche nach Langlebigkeit kartiert. Das Team erforscht noch mehr Möglichkeiten, die Rückkopplungsschleife zwischen Fett und Gehirn mit zunehmendem Alter zu optimieren.

Bildnachweis: Sandy Millar/Unsplash

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