Was ist die genetische Theorie des Alterns?

Ihre DNA kann mehr über Sie aussagen als Ihr Aussehen. Laut der genetischen Theorie des Alterns sind Ihre Gene (sowie Mutationen in diesen Genen) dafür verantwortlich, wie lange Sie leben. Hier erfahren Sie, was Sie über Gene und Langlebigkeit wissen sollten und welchen Platz die Genetik in den verschiedenen Theorien des Alterns einnimmt.

Genetische Theorie des Alterns

Die genetische Theorie des Alterns besagt, dass die Lebensspanne größtenteils von den Genen bestimmt wird, die wir erben. Der Theorie zufolge wird unsere Lebenserwartung in erster Linie zum Zeitpunkt der Empfängnis festgelegt und hängt weitgehend von unseren Eltern und ihren Genen ab. 

Die Grundlage dieser Theorie ist, dass DNA-Abschnitte am Ende der Chromosomen, sogenannte Telomere , die maximale Lebensdauer einer Zelle . Telomere sind „Müll“-DNA-Stücke am Ende der Chromosomen, die bei jeder Zellteilung kürzer werden. Diese Telomere werden immer kürzer und schließlich können sich die Zellen nicht mehr teilen, ohne wichtige DNA-Abschnitte zu verlieren.2

Bevor wir uns mit den Grundsätzen befassen, wie Genetik das Altern beeinflusst, und mit den Argumenten für und gegen diese Theorie, ist es hilfreich, kurz die Hauptkategorien der Alterungstheorien und einige der spezifischen Theorien in diesen Kategorien zu besprechen. Derzeit gibt es keine Theorie oder auch nur eine Kategorie von Theorien, die alles erklären kann, was wir im Alterungsprozess beobachten.

Theorien des Alterns

Es gibt zwei Hauptkategorien von Alterungstheorien , die sich grundsätzlich darin unterscheiden, was als „Zweck“ des Alterns bezeichnet werden kann. In der ersten Kategorie ist das Altern im Wesentlichen ein Unfall; eine Ansammlung von Schäden und Abnutzung des Körpers, die schließlich zum Tod führt. Im Gegensatz dazu betrachten Theorien des programmierten Alterns das Altern als einen absichtlichen Prozess, der auf eine Weise gesteuert wird, die mit anderen Lebensphasen wie der Pubertät verglichen werden kann.

Fehlertheorien umfassen mehrere separate Theorien, darunter:

• Abnutzungstheorie des Alterns 
• Lebenserwartungstheorie des Alterns
• Proteinvernetzungstheorie des Alterns 
• Theorie der freien Radikale beim Altern
• Somatische Mutationstheorie des Alterns 

Programmierte Theorien des Alterns werden ebenfalls in verschiedene Kategorien unterteilt, basierend auf der Methode, mit der unser Körper auf Altern und Sterben programmiert ist.

• Programmierte Langlebigkeit – Die programmierte Langlebigkeit geht davon aus, dass das Leben durch das sequentielle An- und Abschalten von Genen bestimmt wird. 
• Endokrine Theorie des Alterns
• Immunologische Theorie des Alterns 

Es gibt erhebliche Überschneidungen zwischen diesen Theorien und sogar zwischen den Kategorien der Alterungstheorien.

Gene und Körperfunktionen

Bevor wir die Schlüsselkonzepte im Zusammenhang mit Altern und Genetik besprechen, wollen wir uns ansehen, was unsere DNA ist und auf welche grundlegende Weise Gene unsere Lebensspanne beeinflussen.

Unsere Gene sind in unserer DNA enthalten , die sich im Zellkern (inneren Bereich) jeder Zelle unseres Körpers befindet. (Außerdem gibt es mitochondriale DNA in den Organellen, die Mitochondrien genannt werden und sich im Zytoplasma der Zelle befinden.) Unsere DNA besteht aus 46 Chromosomen, von denen 23 von unseren Müttern und 23 von unseren Vätern stammen. Davon sind 44 Autosomen und zwei die Geschlechtschromosomen, die bestimmen, ob wir männlich oder weiblich sind. (Mitochondriale DNA hingegen enthält viel weniger genetische Informationen und wird nur von unseren Müttern erhalten.)

In diesen Chromosomen liegen unsere Gene, unser genetischer Bauplan, der die Informationen für jeden Prozess enthält, der in unseren Zellen stattfindet. Man kann sich unsere Gene als eine Reihe von Buchstaben vorstellen, die Wörter und Sätze mit Anweisungen bilden. Diese Wörter und Sätze kodieren die Herstellung von Proteinen, die jeden zellulären Prozess steuern.

Wenn eines dieser Gene beschädigt wird, zum Beispiel durch eine Mutation, die die Abfolge der „Buchstaben und Wörter“ in den Anweisungen verändert, kann ein abnormales Protein hergestellt werden, das wiederum eine fehlerhafte Funktion erfüllt. Wenn eine Mutation in Proteinen auftritt, die das Wachstum einer Zelle regulieren, kann Krebs entstehen. Wenn diese Gene von Geburt an mutiert sind, können verschiedene erbliche Syndrome auftreten. Mukoviszidose ist zum Beispiel eine Krankheit, bei der ein Kind zwei mutierte Gene erbt , die ein Protein steuern, das Kanäle reguliert, die für die Bewegung von Chlorid durch Zellen in den Schweißdrüsen, Verdauungsdrüsen und mehr verantwortlich sind. Das Ergebnis dieser einzelnen Mutation führt zu einer Verdickung des von diesen Drüsen produzierten Schleims und den daraus resultierenden Problemen, die mit dieser Krankheit verbunden sind.

Wie Gene die Lebensdauer beeinflussen

Es bedarf keiner aufwändigen Studie, um festzustellen, dass unsere Gene zumindest eine gewisse Rolle bei der Langlebigkeit spielen. Menschen, deren Eltern und Vorfahren länger gelebt haben, leben tendenziell auch länger und umgekehrt. Gleichzeitig wissen wir, dass die Genetik nicht die einzige Ursache für das Altern ist. Studien an eineiigen Zwillingen zeigen, dass eindeutig noch etwas anderes im Gange ist; eineiige Zwillinge mit identischen Genen leben nicht immer gleich viele Jahre.

Manche Gene sind nützlich und verlängern die Lebenserwartung. Ein Gen, das beispielsweise dabei hilft, Cholesterin zu verstoffwechseln, senkt das Risiko einer Herzerkrankung.

Einige Genmutationen werden vererbt und können die Lebenserwartung verkürzen. Mutationen können jedoch auch nach der Geburt auftreten, da die Einwirkung von Giftstoffen, freien Radikalen und Strahlung Genveränderungen verursachen kann. (Genmutationen, die nach der Geburt auftreten, werden als erworbene oder somatische Genmutationen bezeichnet.) Die meisten Mutationen sind nicht schädlich und manche können sogar von Vorteil sein. Das liegt daran, dass genetische Mutationen genetische Vielfalt schaffen, die die Populationen gesund hält. Andere Mutationen, sogenannte stille Mutationen, haben überhaupt keine Auswirkungen auf den Körper.

Manche Gene sind schädlich, wenn sie mutiert sind, wie etwa solche, die das Krebsrisiko erhöhen. Viele Menschen sind mit den BRCA1- und BRCA2-Mutationen vertraut, die Brustkrebs begünstigen. Diese Gene werden als Tumorsuppressorgene bezeichnet und kodieren für Proteine, die die Reparatur beschädigter DNA steuern (oder die Eliminierung der Zelle mit beschädigter DNA, wenn eine Reparatur nicht möglich ist).

Verschiedene Krankheiten und Leiden, die mit vererbbaren Genmutationen in Zusammenhang stehen, können die Lebenserwartung direkt beeinflussen. Dazu gehören Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Tay-Sachs-Krankheit und die Huntington-Krankheit, um nur einige zu nennen.

Schlüsselkonzepte der genetischen Theorie des Alterns

Zu den Schlüsselkonzepten in der Genetik und im Altern gehören mehrere wichtige Konzepte und Ideen, die von der Verkürzung der Telomere bis zu Theorien über die Rolle von Stammzellen beim Altern reichen.

Telomere

Am Ende jedes unserer Chromosomen befindet sich ein Stück „Junk-DNA“, die sogenannten Telomere. Telomere kodieren keine Proteine, haben aber offenbar eine Schutzfunktion, indem sie verhindern, dass sich die Enden der DNA an andere DNA-Stücke heften oder einen Kreis bilden. Bei jeder Zellteilung wird ein Stückchen mehr von einem Telomer abgeschnitten. Irgendwann ist von dieser Junk-DNA nichts mehr übrig, und weiteres Abschneiden kann die Chromosomen und Gene schädigen, sodass die Zelle stirbt.

Im Allgemeinen kann sich eine durchschnittliche Zelle 50 Mal teilen, bevor das Telomer aufgebraucht ist (Hayflick-Grenze). Krebszellen haben einen Weg gefunden, einen Abschnitt des Telomers nicht zu entfernen, sondern manchmal sogar zu ergänzen. Darüber hinaus durchlaufen einige Zellen, wie etwa weiße Blutkörperchen, diesen Prozess der Telomerverkürzung nicht. Es scheint, dass Gene in allen unseren Zellen zwar das Codewort für das Enzym Telomerase haben, das die Verkürzung der Telomere hemmt und möglicherweise sogar zu einer Verlängerung führt, das Gen jedoch nur in Zellen wie weißen Blutkörperchen und Krebszellen „angeschaltet“ oder „exprimiert“ wird, wie Genetiker es nennen. Wissenschaftler haben die Theorie aufgestellt, dass unsere Altersgrenze verlängert werden könnte, wenn diese Telomerase irgendwie in anderen Zellen eingeschaltet werden könnte (aber nicht so stark, dass ihr Wachstum durcheinander gerät wie bei Krebszellen).

Studien haben ergeben, dass einige chronische Leiden, wie beispielsweise Bluthochdruck, mit einer geringeren Telomeraseaktivität in Zusammenhang stehen, wohingegen eine gesunde Ernährung und körperliche Bewegung mit längeren Telomeren in Verbindung stehen.16 Übergewicht wird mit kürzeren Telomeren in Verbindung gebracht.

Langlebigkeitsgene

Langlebigkeitsgene sind spezifische Gene, die mit einem längeren Leben in Verbindung stehen. Zwei Gene, die direkt mit Langlebigkeit in Verbindung stehen, sind SIRT1 (Sirtuin 1) und SIRT2.  Wissenschaftler, die eine Gruppe von über 800 Menschen im Alter von 100 Jahren oder älter untersuchten, fanden drei signifikante Unterschiede in Genen, die mit dem Altern in Verbindung stehen.

Zellalterung

Zellalterung bezeichnet den Prozess, bei dem Zellen mit der Zeit verfallen. Dies kann mit der Verkürzung der Telomere oder dem Prozess der Apoptose (oder Zellselbstmord) zusammenhängen, bei dem alte oder beschädigte Zellen entfernt werden. 

Stammzellen

Pluripotente Stammzellen sind unreife Zellen, die das Potenzial haben, sich zu jedem beliebigen Zelltyp im Körper zu entwickeln. Es wird angenommen, dass das Altern entweder mit der Erschöpfung der Stammzellen oder dem Verlust der Fähigkeit der Stammzellen, sich zu differenzieren oder in verschiedene Zelltypen zu reifen, zusammenhängt. Es ist wichtig zu beachten, dass sich diese Theorie auf adulte Stammzellen bezieht, nicht auf embryonale Stammzellen. Im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen können adulte Stammzellen nicht zu jedem Zelltyp reifen, sondern nur zu einer bestimmten Anzahl von Zelltypen. Die meisten Zellen in unserem Körper sind differenziert oder vollständig gereift, und Stammzellen machen nur einen kleinen Teil der im Körper vorhandenen Zellen aus.

Ein Beispiel für einen Gewebetyp, bei dem mit dieser Methode eine Regeneration möglich ist, ist die Leber. Dies steht im Gegensatz zu Hirngewebe, dem dieses Regenerationspotenzial normalerweise fehlt. Es gibt mittlerweile Hinweise darauf, dass Stammzellen selbst im Alterungsprozess betroffen sein können, aber diese Theorien ähneln dem Henne-Ei-Problem. Es ist nicht sicher, ob die Alterung auf Veränderungen der Stammzellen zurückzuführen ist oder ob Veränderungen der Stammzellen stattdessen auf den Alterungsprozess zurückzuführen sind.

Epigenetik

Epigenetik bezieht sich auf die Expression von Genen. Mit anderen Worten: Ein Gen kann vorhanden sein, aber entweder an- oder ausgeschaltet werden. Wir wissen, dass es einige Gene im Körper gibt, die nur für einen bestimmten Zeitraum angeschaltet sind. Das Gebiet der Epigenetik hilft Wissenschaftlern auch zu verstehen, wie Umweltfaktoren innerhalb der Grenzen der Genetik wirken können, um entweder zu schützen oder Krankheiten zu begünstigen. 

Drei grundlegende genetische Theorien des Alterns

Wie oben erwähnt, gibt es zahlreiche Belege, die die Bedeutung der Gene für die erwartete Überlebensrate belegen. Bei der Betrachtung genetischer Theorien werden diese in drei Hauptrichtungen unterteilt.

• Die erste Theorie geht davon aus, dass das Altern mit Mutationen zusammenhängt, die wiederum mit dem langfristigen Überleben in Zusammenhang stehen, und dass das Altern mit der Ansammlung genetischer Mutationen zusammenhängt, die nicht repariert werden.
• Eine andere Theorie besagt, dass die Alterung mit den Spätfolgen bestimmter Gene zusammenhängt, und wird als pleiotroper Antagonismus bezeichnet.
• Eine weitere Theorie, die auf den Überlebensraten von Opossums beruht, geht davon aus, dass eine Umgebung, in der es kaum Gefahren gibt, die die Lebenserwartung beeinträchtigen, zu einer Zunahme von Tieren führt, die Mutationen aufweisen, die den Alterungsprozess verlangsamen.

Beweise hinter der Theorie

Es gibt mehrere Beweismittel, die eine genetische Theorie des Alterns zumindest teilweise stützen.

Der vielleicht stärkste Beweis für die genetische Theorie sind die erheblichen artspezifischen Unterschiede in der maximalen Überlebensdauer. Einige Arten (wie etwa Schmetterlinge) haben eine sehr kurze Lebensdauer, andere, wie etwa Elefanten und Wale, ähneln der unseren. Innerhalb einer Art ist die Überlebensdauer ähnlich, doch zwischen zwei Arten, die ansonsten ähnlich groß sind, kann sie sehr unterschiedlich ausfallen.

Zwillingsstudien stützen auch eine genetische Komponente, da eineiige Zwillinge (monozygote Zwillinge) sich hinsichtlich der Lebenserwartung viel ähnlicher sind als zweieiige oder dizygote Zwillinge. Die Untersuchung von eineiigen Zwillingen, die zusammen aufgewachsen sind, und der Vergleich mit eineiigen Zwillingen, die getrennt aufgewachsen sind, kann dabei helfen, Verhaltensfaktoren wie Ernährung und andere Lebensgewohnheiten als Ursache für familiäre Trends in Bezug auf die Langlebigkeit herauszufiltern.

Weitere Beweise in großem Maßstab wurden gefunden, als man die Auswirkungen genetischer Mutationen bei anderen Tieren untersuchte. Bei manchen Würmern und auch manchen Mäusen kann eine einzige Genmutation die Überlebensdauer um über 50 Prozent verlängern.

Darüber hinaus finden wir Hinweise auf einige der spezifischen Mechanismen, die mit der genetischen Theorie zusammenhängen. Direkte Messungen der Telomerlänge haben gezeigt, dass Telomere anfällig für genetische Faktoren sind, die den Alterungsprozess beschleunigen können.

Beweise gegen genetische Theorien des Alterns

Eines der stärksten Argumente gegen eine genetische Theorie des Alterns oder eine „programmierte Lebensspanne“ kommt aus einer evolutionären Perspektive. Warum sollte es eine festgelegte Lebensspanne nach der Fortpflanzung geben? Mit anderen Worten: Welchen „Zweck“ hat das Leben, nachdem sich ein Mensch fortgepflanzt hat und lange genug am Leben war, um seine Nachkommen bis zum Erwachsenenalter aufzuziehen?

Aus unserem Wissen über Lebensstil und Krankheiten geht auch hervor, dass viele andere Faktoren für die Alterung verantwortlich sind. Eineiige Zwillinge können je nach Belastung, Lebensstil (wie Rauchen) und körperlicher Aktivität eine sehr unterschiedliche Lebenserwartung haben.

Das Fazit

Schätzungen zufolge können Gene maximal 35 Prozent der Lebensspanne erklären, aber es gibt immer noch mehr, was wir über das Altern nicht verstehen, als das, was wir verstehen.  Insgesamt ist es wahrscheinlich, dass das Altern ein multifaktorieller Prozess ist, was bedeutet, dass es sich wahrscheinlich um eine Kombination mehrerer Theorien handelt. Es ist auch wichtig zu beachten, dass sich die hier diskutierten Theorien nicht gegenseitig ausschließen. Das Konzept der Epigenetik oder die Frage, ob ein vorhandenes Gen „exprimiert“ wird oder nicht, kann unser Verständnis weiter trüben.

Neben der Genetik gibt es noch andere Faktoren, die das Altern bestimmen, wie unser Verhalten, Belastungen und einfach Glück. Sie sind nicht verloren, wenn Ihre Familienmitglieder jung sterben, und Sie können Ihre Gesundheit auch dann nicht vernachlässigen, wenn Ihre Familienmitglieder lange leben.

Was können Sie tun, um die „genetische“ Alterung Ihrer Zellen zu verlangsamen?

Uns wird beigebracht, uns gesund zu ernähren und aktiv zu sein, und diese Lebensstilfaktoren sind wahrscheinlich genauso wichtig, egal wie stark unsere Gene am Altern beteiligt sind. Dieselben Praktiken, die die Organe und Gewebe unseres Körpers gesund zu halten scheinen, halten möglicherweise auch unsere Gene und Chromosomen gesund.

Unabhängig von den konkreten Ursachen der Alterung kann es einen Unterschied machen:

• Bewegung – Studien haben gezeigt, dass körperliche Aktivität nicht nur die Herz- und Lungenfunktion verbessert, sondern auch die Telomere verlängert. 
• Ernähren Sie sich gesund – Eine Ernährung mit viel Obst und Gemüse ist mit einer höheren Telomeraseaktivität verbunden (also einer geringeren Verkürzung der Telomere in Ihren Zellen). Eine Ernährung mit viel Omega-3-Fettsäuren ist mit längeren Telomeren verbunden, eine Ernährung mit viel Omega-6-Fettsäuren ist das Gegenteil und mit kürzeren Telomeren verbunden. Darüber hinaus ist der Konsum von Limonaden mit kürzeren Telomeren verbunden. Resveratrol, der Inhaltsstoff, der für die Begeisterung beim Trinken von Rotwein verantwortlich ist (aber auch in alkoholfreiem rotem Traubensaft enthalten ist), scheint das Langlebigkeitsprotein SIRT zu aktivieren
• Stress abbauen 
• Vermeiden Sie Karzinogene
• Halten Sie ein gesundes Gewicht – Fettleibigkeit ist nicht nur mit einigen der oben genannten genetischen Mechanismen verbunden, die mit dem Altern in Zusammenhang stehen (wie z. B. einer zunehmenden Verkürzung der Telomere), sondern wiederholte Studien haben auch Vorteile für die Langlebigkeit ergeben, die mit einer Kalorienbeschränkung verbunden sind.  Das erste Prinzip des Lebensstils zur Krebsprävention, das vom American Institute for Research on Cancer aufgestellt wurde – so schlank wie möglich zu sein, ohne untergewichtig zu sein – könnte sowohl für die Langlebigkeit als auch für die Krebsprävention und die Verhinderung eines erneuten Krebsauftretens eine Rolle spielen.