17.03.2009 · Elizabeth Blackburn und Carol Geider, denen der Paul-Ehrlich-Preis 2009 zuerkannt wurde, erforschen das „Unsterblichkeitsenzym“ Telomerase. Hildegard Kaulen hat mit ihnen über das wissenschaftliche Bild des Alterns gesprochen.
Von Hildegard Kaulen
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Eingefärbte Telomere von Chromosomen
Menschen altern, Menschen sterben. Diktieren Gene den Zeitplan der Vergreisung, oder gibt die Umwelt den Ton an? Beginnt das Leben mit einer hochgeordneten Embryonalentwicklung, und endet es in einem Durcheinander aus zufälligen Schäden, die den Tod besiegeln? Mit der Entdeckung eines Unsterblichkeitsenzyms haben die beiden Preisträgerinnen des diesjährigen Paul-Ehrlich-und-Ludwig-Darmstaedter-Preises eines der aufregendsten Forschungsfelder begründet, das die Wissenschaft zu bieten hat.
Für das „Time Magazine“ gehört Elizabeth Blackburn von der Universität Kalifornien in San Francisco zu den hundert einflussreichsten Persönlichkeiten der Welt. Sie hat geklärt, wie Chromosomen ihre Enden instandhalten. Weil das Verdoppeln der DNA einen gewissen Platz beansprucht, kann die Vorlage nicht bis zum letzten Ende kopiert werden. Die Chromosomen werden daher bei jeder Zellteilung kürzer. Blackburn fand heraus, dass die Erbgutfäden ihre Enden mit einer Kappe aus sich wiederholenden Sequenzen von unterschiedlicher Länge schützen. „Diese Sequenzen sind wie die Schutzhüllen am Ende der Schnürsenkel. Gehen sie verloren, fransen die Enden aus“, so Blackburn. Unterschreiten sie eine kritische Länge, so verdoppeln sich die Chromosomen nicht mehr, sondern signalisieren der Zelle, dass es an der Zeit ist, den Zelltod anzutreten.
Wir sterben an Krankheiten, nicht am Alter
Bei Keim- und Stammzellen hingegen sorgt ein Enzym dafür, dass die Chromosomenenden ihre ursprüngliche Länge behalten und die Zellen nicht vorschnell Selbstmord begehen. Carol Greider von der Johns Hopkins University in Baltimore hat dieses Enzym entdeckt und ihm den Namen Telomerase gegeben, in Anlehnung an die Bezeichnung für die Kappen am Ende der Chromosomen, die Telomere heißen. Auch Krebszellen verfügen über genügend Telomerase, so dass sie keiner normalen Alterung unterworfen sind. „Man muss sich jetzt natürlich fragen, wie sich die Telomerlänge mit zunehmendem Lebensalter ändert und was dafür verantwortlich ist. Was hat die Länge mit Krankheit, was mit Altern zu tun? Wir sterben schließlich an Krankheiten, nicht am Alter“, sagt Blackburn. „Weiterhin muss man sich fragen, welche Rolle die genetische Ausstattung und welche Rolle die Umwelt hat. Ein perfektes Lebensumfeld würde uns sicher nicht unsterblich machen. Wir haben aber gezeigt, dass chronischer Stress, so wie ihn Mütter erleben, die sich zeitlebens um ein chronisch krankes Kind kümmern, zu einer Verkürzung der Telomere führt.“
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Elisabeth Blackburn (links) und Carol Greider bei der Entgegennahme des Paul-Ehrlich-Preises 2009 in der Frankfurter Paulskirche.
„Wir wissen auch, dass Stammzellen nicht besonders viel Telomerase bilden. Die Konzentration ist eher gering, aber ausreichend, um den Organismus durch die Fortpflanzung zu bringen. Danach wird es kritisch. Krankheiten haben in dieser Situation ein leichteres Spiel. Wegen des knapper werdenden Enzyms fällt es den Stammzellen schwerer, Nachschub für ein erkranktes Gewebe zu produzieren. Sie kommen mit zunehmendem Lebensalter also immer stärker unter Druck. Wenn sie ihre Enden nicht mehr auffüllen können, müssen sie den Zelltod antreten. Das sind die Situationen, wo Krankheiten in eine kritische Phase treten. Wir wissen auch, dass gängige Risikofaktoren wie Übergewicht oder schlechte Blutfettwerte die Telomerase-konzentration senken. Das Enzym hat deshalb auch etwas mit Krankheiten wie Krebs, Arteriosklerose und Diabetes zu tun, nicht nur mit dem Altern.“
Auch für Carol Greider, die Mitte der achtziger Jahre als Doktorandin zu Blackburn kam, ist das ein wichtiger Punkt. „Die Telomerase ist nur für die Krankheiten von Belang, die auf einer hohen Zellteilungsrate beruhen, nicht für degenerative Erkrankungen oder Alzheimer. Wer zum Beispiel immer neue Infektionen durchmacht und ständig gezwungen ist, Abwehrzellen zu produzieren, kommt mit seinen Telomeren schneller ans Ende. Deshalb sind Infektionen für alte Menschen auch so viel gefährlicher als für junge, weil jede Infektion die Chromosomenenden an die kritische Grenze führen kann. Trotzdem ist die Telemerlänge kein direktes Maß für die Lebenserwartung. Eine Studie mit Sechzigjährigen hat gezeigt, dass nicht die Länge darüber entscheidet, ob jemand in den nächsten zwölf Jahren sterben wird, sondern die Geschwindigkeit, mit der die Telomere kürzer werden. Das Risiko ist umso höher, je schneller sich die Kappe innerhalb einer Zweijahresfrist verkürzt.“
Langlebigkeit steht nicht unter Selektionsdruck
Welche Rolle spielen nun die Gene? Blackburn: „Sie bestimmen die Widerstandskraft. Sie legen fest, wie groß der Spielraum für die Regeneration ist, wenn die Menge an Telomerase knapper wird. Die Gene wirken sich auch dann aus, wenn man jenseits der 85 ist. Wer durch den Kugelhagel der Krankheiten gekommen ist, der den meisten Menschen zum Verhängnis wird, muss Gene haben, die Langlebigkeit fördern. Sicher ist jedenfalls, dass es keinen Masterplan für das Altern gibt, so wie es einen Masterplan für die Embryonalentwicklung gibt. Wir altern zwar in ähnlicher Weise und nach einem ähnlichen Zeitplan, es gibt aber keine Gene, die den Vergreisungsprozess gezielt in Gang setzen. Wäre das der Fall, müsste es Mutationen geben, die unsterblich machen. Dafür gibt es keinen Hinweis. Wir kennen nur Mutationen, die uns vorzeitig altern lassen. Eine bekannte Mutation halbiert zum Beispiel die Konzentration der Telomerase in den Zellen. Auf Langlebigkeit lastet kein Selektionsdruck. Ob jemand alt wird, zeigt sich erst nach der Fortpflanzungsphase. Dann ist es zu spät, die entsprechenden Gene weiterzugeben.“
