Änderungen im Zuckerstoffwechsel bei alternden Stammzellen

Im Alter verbrauchen auch hämatopoetische Stammzellen mehr Zucker

Altern ist ein Prozess, dem kein Lebewesen entgehen kann. Mit der Befruchtung ist das Ende bereits vorbestimmt. Beim Menschen zeigt sich der Alterungsprozess beispielsweise durch eine verstärkte Faltenbildung der Haut oder im Grauwerden der Haare. Dies jedoch sind nur äußerliche Anzeichen. Wie die Alterungsprozesse im Inneren des Körpers ablaufen, versuchen Forscher noch immer zu ergründen.

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Der Alterungsprozess zeigt sich nicht nur darin, dass die Haut an Elastizität verliert und es zur vermehrten Faltenbildung kommt. Auch in den einzelnen Zelltypen können Wissenschaftler veränderte Prozesse beobachten. Nun zeigte eine Untersuchung aus Heidelberg, dass hämatopoetische Stammzellen im Alter mehr Zucker verbrauchen müssen und dies mit einer Schwächung des Immunsystem einher geht.

 

Vom Altern sind alle Organe und Zellen des Körpers betroffen. Es ist ein tiefgreifender Prozess, bei dem die Stammzellen eine wichtige Rolle spielen. Nun haben Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg und des EMBL (European Molecular Biology Laboratory) bei hämatopoetischen Stammzellen die Grundlagen des Alterungsprozesses auf molekularer Ebene systematisch untersucht.

Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Dort berichten sie, dass alternde Blutstammzellen mehr Zucker verbrauchen. Hier zeigt sich eine Parallele zu Krebszellen. Für die entarteten Zellen ist ein erhöhter Zuckerstoffwechsel ebenfalls charakteristisch.

Im Zuge des Alterns verringert sich die Leistungsfähigkeit der Stammzellen. Die Folgen sind dramatisch für den Körper, denn parallel dazu verschlechtert sich die Fähigkeit, Infekte abzuwehren. Das geschwächte Immunsystem älterer Mensch ist damit anfälliger für Krankheiten. Senioren haben außerdem ein höheres Krebsrisiko, denn die Körperabwehr kann entartete Zellen nicht mehr so gut erkennen. Die Forschungsergebnisse aus Heidelberg sind eine wichtiger Beitrag für die Grundlagenforschung.

 

Stoffwechsel von gealterten hämatopoetischen Stammzellen weist Parallelen zu Tumorzellen auf

Für die Heidelberger Untersuchung stellten 59 gesunde Probanden ihr Knochenmark zur Verfügung. Die Teilnehmer waren zwischen 20 und 60 Jahre alt. Bei diesen Proben schauten sich die Wissenschaftler die Zellproteine genauer an und analysierten, wie sich diese im Laufe des Alterungsprozesses verändern. Neben den hämatopoetischen Stammzellen wurden noch fünf weitere Zelltypen genauer unter die Lupe genommen. Das Zusammenspiel dieser Zelltypen bildet die sogenannte Stammzellnische. Sie liefert die Umgebung, dass sich die Stammzellen teilen und ausdifferenzieren können.

Die Gesamtheit der Proteine bezeichnen die Wissenschaftler als Proteom. Erst bei dieser gesamtheitlichen Betrachtung zeigt sich, welche Veränderungen beim Alterungsprozess auftreten. Die Untersuchung zeigt, dass sich die Proteinzusammensetzung im Laufe des Lebens verändert. Auffallend war, dass es zu einer Steigerung des Zuckerstoffwechsels kommt.

Bereits seit den 1920er Jahren weiß die Wissenschaft, dass Krebszellen einen erhöhten Zuckerverbrauch haben. Dieser Effekt ist nach seinem Entdecker Otto Warburg als Warburg-Effekt bekannt. Die Heidelberger Forscher geben offen zu, dass sie nicht erwartet hätten, einen ähnlichen Mechanismus auch bei gealterten Stammzellen zu finden.

 

 

Bildung der Blutzellen verändert sich mit steigendem Lebensalter.

Mit den Veränderungen im Zuckerstoffwechsel eng gekoppelt sind Verschiebungen beim Ausreifen der Blutstammzellen. Im Alter werden mehr Granulozyten gebildet, was zu Lasten der Lymphozyten geht. Immunologen, also Experten für die Körperabwehr, bezeichnen Granulozyten gerne als „Fußsoldaten“. Die Lymphozyten dagegen übernehmen die Aufgaben der „Kommandanten“, denn sie übernehmen die Koordination des Immunsystems. Die Abwehr von Eindringlingen bei einer Infektion aber auch die Bekämpfung von entarteten Krebszellen kann nur als konzertierte Aktion gelingen.

Diese wichtige Balance bei der Zellbildung verschiebt sich, je älter ein Mensch wird. Aus den hämatopoetischen Stammzellen entstehen mehr Granulozyten und weniger Lymphozyten. Die Antwort des Immunsystems kann so weniger kontrolliert ablaufen. Der Körper kommt darüber hinaus in einen Teufelskreis, denn er versucht die Defizite zu kompensieren, indem verstärkt Granulozyten gebildet werden. Genau hierfür braucht der Organismus mehr DNA-Bausteine und Energie. Die Forscher können diesen erhöhten Bedarf durch den verstärkten Zuckerverbrauch messen.

 

Gezielte Eingriffe in den Zuckerstoffwechsel könnten zukünftige Therapieansätze sein, um das Altern hinauszuzögern

Der Körper versucht, mit den Problemen des Alters irgendwie klar zu kommen. Doch darunter leider die sowohl die Regenerationsfähigkeit des Menschen als auch seine Abwehrkräfte. Und es steigt das Risiko, dass bei diesen Prozessen etwas schiefgeht.

Für zukünftige Therapien hoffen die Wissenschaftler, dass es durch Eingriffe in den Zuckerstoffwechsel gelingt, die Entwicklung von weißen Blutkörperchen zu stabilisieren. Eventuell lässt sich dieser Prozess sogar durch die Ernährung und die Einhaltung bestimmter Verhaltensregeln positiv beeinflussen.

 

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