Wissenschaftler der Rockefeller-Universität in New York haben den bisher detailliertesten zellulären Atlas der Alterung erstellt und dabei etwa sieben Millionen einzelne Zellen aus 21 Organen von Mäusen profiliert. Die am 28. Februar in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie zeigt, dass Alterung kein Prozess des zufälligen genomischen Verfalls ist, sondern vielmehr ein koordiniertes biologisches Programm, das von systemischen Signalen gesteuert wird und Zellpopulationen im gesamten Körper gleichzeitig umgestaltet. Die Forschung leitete Junyue Cao, Leiter des Labors für Einzelzell-Genomik und Populationsdynamik, wobei der Doktorand Ziyu Lu als Erstautor fungierte.
Das Team setzte eine optimierte Technik namens EasySci-ATAC ein, eine Form der Einzelzell-Chromatin-Zugänglichkeitssequenzierung, die untersucht, wie die DNA in einzelnen Zellen verpackt ist. Durch die Analyse, welche Regionen des Genoms offen und aktiv abgelesen werden, kartierten die Forscher den funktionellen Zustand jeder Zelle in drei Altersgruppen von 32 Mäusen im Alter von einem Monat bis 21 Monaten. Die Methode erwies sich als bemerkenswert effizient. Cao betonte, dass die meisten großangelegten Atlasprojekte Dutzende von Laboren erfordern, während sein Team die Arbeit mit einem einzigen Labor bewältigte.
Der Atlas identifizierte 536 verschiedene Zelltypen und 1.828 feinere Untertypen, von denen viele zuvor noch nie charakterisiert worden waren. Etwa ein Viertel aller Zelltypen zeigte signifikante Populationsverschiebungen mit zunehmendem Alter, wobei Muskel-, Nieren- und Lungenzellen die stärksten Rückgänge aufwiesen. Im Gegensatz dazu expandierten Immunzellen mit zunehmendem Alter der Tiere dramatisch in mehreren Organen, ein Muster, das bei weiblichen Tieren besonders ausgeprägt war. Die Forscher stellten fest, dass etwa 40 Prozent aller alterungsbedingten zellulären Veränderungen geschlechtsabhängig waren, eine Erkenntnis, die nach ihrer Einschätzung erklären hilft, warum Autoimmunerkrankungen bei Frauen häufiger auftreten.
Eine der auffälligsten Entdeckungen war, dass identische zelluläre Zustände in entfernten, nicht verwandten Organen parallel auftraten und abnahmen. Dieses koordinierte Alterungsmuster legt nahe, dass zirkulierende Faktoren im Blut, wie Zytokine und andere Immunsignalmoleküle, die zellulären Veränderungen im gesamten Körper orchestrieren, anstatt dass jedes Organ unabhängig altert. Die Studie stellte auch herkömmliche Annahmen darüber in Frage, wann die Alterung beginnt, da einige Zellpopulationen bei Mäusen bereits im Alter von fünf Monaten einen messbaren Rückgang zeigten, was beim Menschen etwa dem mittleren Alter entspricht.
Von den 1,3 Millionen analysierten genomischen Regionen zeigten etwa 300.000 signifikante alterungsbedingte Veränderungen in der Chromatin-Zugänglichkeit. Rund 1.000 dieser Veränderungen traten konsistent in mehreren Zelltypen auf und verwiesen auf gemeinsame regulatorische Programme, die mit Immunsignalgebung, Entzündung und der Erhaltung von Stammzellen verbunden sind. Diese gemeinsamen verwundbaren genomischen Regionen stellen potenzielle Ziele für therapeutische Interventionen dar, die körperweite Anti-Aging-Vorteile bewirken könnten.
Der vollständige Atlas steht der globalen Forschungsgemeinschaft über die öffentliche Datenbank epiage.net frei zur Verfügung. Die Forschung finanzierte das National Institutes of Health der USA durch Zuschüsse des National Human Genome Research Institute und des National Institute on Aging. Wissenschaftler auf diesem Gebiet bezeichnen die Arbeit als grundlegende Ressource, die die Entwicklung von Biomarkern zur Erkennung biologischer Alterung vor dem Auftreten klinischer Symptome beschleunigen dürfte, ebenso wie präzisionsmedizinische Ansätze, die geschlechtsspezifische Unterschiede im Alterungsprozess des Körpers berücksichtigen.
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