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Schlüsselmechanismen von Krebs, Entzündung und des Alterns entdeckt

Einer Arbeitsgruppe von der University of Pittsburgh ist es gelungen, neue Details über die Biologie der Telomere zu enthüllen. Telomere sind gewissermaßen “Schutzkappen” unserer DNA, welche die Enden der Chromosomen schützen und eine wichtige Rollen bei Erkrankungen wie Krebs und Entzündung spielen.

Einer Arbeitsgruppe von der University of Pittsburgh ist es gelungen, neue Details über die Biologie der Telomere zu enthüllen.

Telomere sind gewissermaßen “Schutzkappen” unserer DNA, welche die Enden der Chromosomen schützen und eine wichtige Rollen bei Erkrankungen wie Krebs und Entzündung spielen. Darüber hinaus sind sie unmittelbar an Alterungsprozessen des menschlichen Körpers beteiligt. Die neuen Erkenntnisse wurden unlängst in dem Journal Nature Structural and Molecular Biology veröffentlicht. Autorin der Studie ist Patricia Opresko.

Telomere, die aus sich immer wiederholenden DNA-Sequenzen zusammensetzen, werden jedes Mal ein kleines Stückchen kürzer, wenn sich eine Zelle teilt. Daher sind sie umso kürzer desto älter die zugehörige Zelle ist. Ein Zusammenhang, der sich auf den gesamten Organismus und Menschen übertragen lässt. Wenn die Telomere nach einer gewissen Anzahl von durchlaufenen Mitosen eine kritische Länge unterschritten haben, bringen sie die betroffene Zelle dazu ihre Zellteilung endgültig einzustellen. Dieser Vorgang beschränkt die Regenerationsfähigkeit und trägt somit zu vielen altersbedingten Krankheiten bei.

Im Gegensatz zu diesem natürlichen Alterungsprozess verfügen die meisten Krebszellen über besonders hohe Konzentrationen des Enzyms Telomerase, welche die Telomere verlängert und die bösartigen Zellen auf diesem Weg unsterblich werden lässt.

Die neuen Informationen werden sich laut den Autoren, bei der Entwicklung neuer Therapien, die drauf abzielen die Telomere in gesunden Zellen zu erhalten, als nützlich erweisen. Solche Therapiekonzepte könnten letztendlich dazu beitragen, die Auswirkungen von Inflammation und Alter zu bekämpfen. Auf der anderen Seite hofft man, zukünftig den Abbau von Telomeren selektiv in Krebszellen herbeizuführen, um so ihre unerschöpfliche Teilungskapazität zu durchbrechen.

Eine Reihe früherer Studien hat gezeigt, dass oxidativer Stress – ein Zustand, bei dem schädliche Moleküle namens freie Radikale in der Zelle entstehen und diese schädigen – die Verkürzung der Telomere beschleunigt. Freie Radikale können dabei nicht nur die Telomere selbst beschädigen, sondern auch die DNA-Bausteine, aus denen sich das Telomer zusammensetzt.

Oxidativer Stress ist des Weiteren dafür bekannt eine wichtige Rolle bei vielen gesundheitlichen Problemen, einschließlich Inflammation und Krebs, zu spielen. Es wird angenommen, dass molekulare Schäden, die im Rahmen von Entzündungen als auch Umweltfaktoren durch freie Radikale hervorgerufen werden, im Laufe des Lebens signifikant zunehmen.

Das Ziel der neuen Studie war es zu bestimmen, was mit unseren Telomeren geschieht, wenn sie durch oxidativen Stress beschädigt werden. Die Forscher nahmen an, dass die oxidativen Schäden die Telomerase so verändern, dass sie nicht länger in der Lage ist ihrer Aufgabe nach zu kommen. Überrascht mussten sie jedoch feststellen, dass die Telomerase ihre Telomere trotz der oxidativen Schäden verlängern konnte. Tatsächlich scheint der Schaden die Verlängerung der Telomere sogar zu beschleunigen.

Als nächstes testete das Team, was passiert, wenn man die Bausteine, welche zum Aufbau der Telomere verwendet werden, verstärkt oxidativem Stress ausgesetzt werden. Dabei fanden sie heraus, dass die Telomerase zwar ein beschädigtes DNA-Vorläufer-Molekül ans Ende des Telomers anbauen konnte, danach jedoch keine weiteren DNA-Moleküle hinzufügen konnte und seine Arbeit somit einstellen musste.

Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Beschleunigung der Telomer-Verkürzung nach Applikation von oxidativem Stress, durch die Beschädigung der DNA-Vorläufer Moleküle und nicht der Telomere selbst verursacht wird. Darüber hinaus fanden die Forscher auch heraus, dass die Oxidation der DNA Bausteine dazu genutzt werden könnte, die  Telomerase-Aktivität bewusst zu hemmen. Eine wertvolle Erkenntnis, da sie möglicherweise in der Krebsbehandlung eingesetzt werden könnte.

Dr. Opresko und ihr Team haben nun damit begonnen die Folgen des oxidativen Stresses auf Telomere im Rahmen eines nächsten Projektes weiter zu erforschen. Dabei bedienen sie sich eines neuartigen Photosensitizer, der von Marcel Bruchez von der Carnegie Mellon University entwickelt wurde, um selektiv in Telomeren oxidative Schäden hervorzurufen. Durch die Anwendung dieser neuen Technologie könnten sie eine Menge darüber lernen was  genau mit unseren Telomeren passiert wenn sie beschädigt werden und wie mit diesen Schäden auf molekularer Ebene umgegangen wird.