Was ist die genetische Theorie des Alterns?

Ihre DNA sagt möglicherweise mehr über Sie aus als Ihr Aussehen. Gemäß 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 wo die Genetik zwischen den verschiedenen Alterungstheorien einzuordnen ist.

Genetische Theorie des Alterns

Die genetische Theorie des Alterns besagt, dass die Lebensdauer weitgehend von den Genen bestimmt wird, die wir erben. Der Theorie zufolge wird unsere Langlebigkeit in erster Linie im Moment der Empfängnis bestimmt und hängt weitgehend von unseren Eltern und ihren Genen ab.1

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

Bevor wir uns mit den Grundsätzen darüber befassen, wie die Genetik das Altern beeinflusst, und mit den Argumenten für und gegen diese Theorie, ist es hilfreich, kurz die Hauptkategorien von Alterungstheorien und einige der spezifischen Theorien in diesen Kategorien zu diskutieren. Derzeit gibt es keine einzige 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 grundlegend darin unterscheiden, was als „Zweck“ des Alterns bezeichnet werden kann. In der ersten Kategorie ist das Altern im Wesentlichen ein Unfall; eine Anhäufung 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 Alterns3
• Lebensrate-Theorie des Alterns
• Proteinvernetzungstheorie des Alterns4
• Theorie der freien Radikale des Alterns
• Somatische Mutationstheorie des Alterns5

Programmierte Alterungstheorien 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 besagt, dass das Leben durch das sequentielle Ein- und Ausschalten von Genen bestimmt wird.6
• Endokrine Theorie des Alterns
• Immunologische Theorie des Alterns7

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

Gene und Körperfunktionen

Bevor wir die Schlüsselkonzepte im Zusammenhang mit Alterung und Genetik besprechen, werfen wir einen Blick darauf, was unsere DNA ist und welche grundlegenden Auswirkungen Gene auf unsere Lebensdauer haben.

Unsere Gene sind in unserer DNA enthalten , die im Zellkern (inneren Bereich) jeder Zelle unseres Körpers vorhanden ist. (Es gibt auch mitochondriale DNA in den Mitochondrien genannten Organellen, die im Zytoplasma der Zelle vorhanden sind.) Jeder von uns hat 46 Chromosomen, aus denen unsere DNA besteht, von denen 23 von unseren Müttern und 23 von unseren Vätern stammen. Davon sind 44 Autosomen und zwei sind die Geschlechtschromosomen, die darüber entscheiden, ob wir männlich oder weiblich sind. (Mitochondriale DNA hingegen trägt viel weniger genetische Informationen und wird nur von unseren Müttern erhalten.)

In diesen Chromosomen liegen unsere Gene, unser genetischer Bauplan, der dafür verantwortlich ist, die Informationen für jeden Prozess zu transportieren, der in unseren Zellen abläuft. Man kann sich unsere Gene als eine Reihe von Buchstaben vorstellen, aus denen Wörter und Befehlssätze bestehen. Diese Wörter und Sätze kodieren für die Herstellung von Proteinen, die jeden zellulären Prozess steuern.

Wenn eines dieser Gene beschädigt wird, beispielsweise durch eine Mutation, die die Reihe von „Buchstaben und Wörtern“ in der Anleitung verändert, kann es sein, dass ein abnormales Protein hergestellt wird, das wiederum eine fehlerhafte Funktion ausführt. Tritt eine Mutation in Proteinen auf, die das Wachstum einer Zelle regulieren, kann dies zu Krebs führen. Wenn diese Gene von Geburt an mutiert sind, können verschiedene erbliche Syndrome auftreten.8 Mukoviszidose ist beispielsweise eine Erkrankung, 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 Erkrankung verbunden sind.9

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 länger und umgekehrt. Gleichzeitig wissen wir, dass die Genetik allein nicht die alleinige Ursache für das Altern ist. Studien, die sich mit eineiigen Zwillingen befassen, zeigen, dass da eindeutig noch etwas anderes im Gange ist; Eineiige Zwillinge mit identischen Genen leben nicht immer gleich viele Jahre.10

Einige Gene sind vorteilhaft und erhöhen die Langlebigkeit. Beispielsweise würde das Gen, das einem Menschen hilft, Cholesterin zu verstoffwechseln, das Risiko einer Herzerkrankung senken.

Einige Genmutationen werden vererbt und können die Lebensdauer verkürzen. Mutationen können jedoch auch nach der Geburt auftreten, da die Einwirkung von Toxinen, freien Radikalen und Strahlung zu Genveränderungen führen kann.11(Nach der Geburt erworbene Genmutationen werden als erworbene oder somatische Genmutationen bezeichnet.) Die meisten Mutationen sind nicht schlecht für Sie, einige können sogar von Vorteil sein. Das liegt daran, dass genetische Mutationen eine genetische Vielfalt schaffen, die die Populationen gesund hält. Andere Mutationen, sogenannte stille Mutationen, haben keinerlei Auswirkungen auf den Körper.

Einige Gene sind schädlich, wenn sie mutiert sind, beispielsweise solche, die das Krebsrisiko erhöhen. Viele Menschen kennen die BRCA1- und BRCA2-Mutationen, die die Entstehung von Brustkrebs begünstigen. Diese Gene werden als Tumorsuppressorgene bezeichnet , die für Proteine ​​kodieren, die die Reparatur beschädigter DNA steuern (oder die Eliminierung der Zelle mit beschädigter DNA, wenn eine Reparatur nicht möglich ist).12

Verschiedene Krankheiten und Zustände im Zusammenhang mit vererbbaren Genmutationen können sich direkt auf die Lebensdauer auswirken. Dazu gehören unter anderem Mukoviszidose, Sichelzellenanämie, Tay-Sachs-Krankheit und die Huntington-Krankheit.13

Schlüsselkonzepte in der genetischen Theorie des Alterns

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

Telomere

Am Ende jedes unserer Chromosomen befindet sich ein Stück „Müll“-DNA, sogenannte Telomere. Telomere kodieren keine Proteine, scheinen aber eine Schutzfunktion zu haben, indem sie verhindern, dass sich die Enden der DNA an andere DNA-Stücke binden oder einen Kreis bilden. Bei jeder Zellteilung wird etwas mehr Telomer abgeschnitten. Letztlich. Von dieser Junk-DNA ist nichts mehr übrig, und weiteres Abschneiden kann die Chromosomen und Gene schädigen, sodass die Zelle stirbt.

Im Allgemeinen ist eine durchschnittliche Zelle in der Lage, sich 50 Mal zu teilen, bevor das Telomer aufgebraucht ist (das Hayflick-Limit).14 Krebszellen haben einen Weg gefunden, einen Teil des Telomers nicht zu entfernen, sondern manchmal sogar zu ergänzen. Darüber hinaus durchlaufen einige Zellen, wie zum Beispiel 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 Zellen „aktiviert“ oder „exprimiert“ wird, wie Genetiker sagen Blutzellen und Krebszellen.15Wissenschaftler haben die Theorie aufgestellt, dass unsere Altersgrenze erhöht werden könnte, wenn diese Telomerase in anderen Zellen irgendwie aktiviert werden könnte (aber nicht so sehr, dass ihr Wachstum durcheinander geraten würde wie in Krebszellen).

Studien haben ergeben, dass einige chronische Erkrankungen wie Bluthochdruck mit einer geringeren Telomerase-Aktivität verbunden sind, wohingegen eine gesunde Ernährung und Bewegung mit längeren Telomeren verbunden sind.16Übergewicht wird auch mit kürzeren Telomeren in Verbindung gebracht.

Langlebigkeitsgene

Langlebigkeitsgene sind spezifische Gene, die mit einem längeren Leben verbunden sind. Zwei Gene, die direkt mit der Langlebigkeit verbunden sind, sind SIRT1 (Sirtuin 1) und SIRT2.17 Wissenschaftler, die eine Gruppe von über 800 Menschen im Alter von 100 Jahren oder älter untersuchten, fanden drei signifikante Unterschiede in den mit dem Altern verbundenen Genen.

Zellalterung

Unter Zellalterung versteht man den Prozess, durch den Zellen im Laufe der Zeit zerfallen. Dies kann mit der Verkürzung der Telomere oder dem Prozess der Apoptose (oder Zellselbstmord) zusammenhängen, bei dem alte oder beschädigte Zellen entfernt werden.18

Stammzellen

Pluripotente Stammzellen sind unreife Zellen, die das Potenzial haben, sich zu jedem Zelltyp im Körper zu entwickeln. Es wird vermutet, dass das Altern entweder mit der Erschöpfung der Stammzellen oder dem Verlust der Fähigkeit der Stammzellen, sich zu differenzieren oder zu anderen Zellarten zu reifen, zusammenhängt.19Es 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 irgendeinem Zelltyp heranreifen, sondern nur zu einer bestimmten Anzahl von Zelltypen. Die meisten Zellen in unserem Körper sind differenziert oder vollständig ausgereift, und Stammzellen machen nur einen kleinen Teil der im Körper vorhandenen Zellen aus.

Ein Beispiel für einen Gewebetyp, bei dem eine Regeneration auf diese Weise möglich ist, ist die Leber. Dies steht im Gegensatz zu Gehirngewebe, dem dieses Regenerationspotenzial normalerweise fehlt.20Es gibt mittlerweile Hinweise darauf, dass Stammzellen selbst vom Alterungsprozess betroffen sein könnten, aber diese Theorien ähneln der Henne-und-Ei-Frage. Es ist nicht sicher, ob das Altern auf Veränderungen in den Stammzellen zurückzuführen ist oder ob Veränderungen in den Stammzellen stattdessen auf den Alterungsprozess zurückzuführen sind.

Epigenetik

Unter Epigenetik versteht man die Expression von Genen. Mit anderen Worten: Ein Gen kann vorhanden sein, aber entweder an- oder ausgeschaltet sein. Wir wissen, dass einige Gene im Körper nur für einen bestimmten Zeitraum aktiviert sind. Das Gebiet der Epigenetik hilft Wissenschaftlern auch dabei, zu verstehen, wie Umweltfaktoren innerhalb der genetischen Einschränkungen wirken können, um Krankheiten entweder zu schützen oder sie zu prädisponieren.21

Drei primäre genetische Theorien des Alterns

Wie oben erwähnt, gibt es zahlreiche Belege für die Bedeutung von Genen für das erwartete Überleben. Bei der Betrachtung genetischer Theorien werden diese in drei grundlegende Denkrichtungen unterteilt.

• Die erste Theorie besagt, dass das Altern mit Mutationen zusammenhängt, die das langfristige Überleben beeinflussen, und dass das Altern mit der Anhäufung genetischer Mutationen zusammenhängt, die nicht repariert werden.
• Eine andere Theorie besagt, dass das Altern mit den späten Auswirkungen bestimmter Gene zusammenhängt und als pleiotroper Antagonismus bezeichnet wird.
• Eine weitere Theorie, die auf dem Überleben von Opossums basiert, besagt, dass eine Umgebung, die nur wenige Gefahren mit sich bringt, die die Lebenserwartung beeinträchtigen könnten, zu einer Zunahme der Mitglieder mit Mutationen führen würde, die den Alterungsprozess verlangsamen.

Beweise hinter der Theorie

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

Der vielleicht stärkste Beweis für die genetische Theorie sind die erheblichen artspezifischen Unterschiede in der maximalen Überlebensrate, wobei einige Arten (wie Schmetterlinge) eine sehr kurze Lebensspanne haben und andere, wie Elefanten und Wale, unserer ähneln.22Innerhalb einer einzelnen Art ist die Überlebensrate ähnlich, aber die Überlebensrate zwischen zwei Arten, die ansonsten ähnlich groß sind, kann sehr unterschiedlich ausfallen.

Zwillingsstudien belegen auch eine genetische Komponente, da eineiige Zwillinge (eineiige Zwillinge) hinsichtlich der Lebenserwartung viel ähnlicher sind als nicht eineiige oder zweieiige Zwillinge.23Die Auswertung 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 Familientrends in Bezug auf Langlebigkeit herauszuarbeiten.

Weitere Hinweise auf breiter Ebene wurden durch die Untersuchung der Auswirkungen genetischer Mutationen bei anderen Tieren gefunden.24Bei einigen Würmern und einigen Mäusen kann eine einzelne Genmutation das Überleben um über 50 Prozent verlängern.

Darüber hinaus finden wir Hinweise auf einige der spezifischen Mechanismen, die in der genetischen Theorie eine Rolle spielen. 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 stärkeren Argumente gegen eine genetische Theorie des Alterns oder einer „programmierten Lebensspanne“ kommt aus einer evolutionären Perspektive. Warum sollte es eine bestimmte Lebensdauer über die Fortpflanzung hinaus 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 großzuziehen?

Aus dem, was wir über Lebensstil und Krankheiten wissen, geht auch klar hervor, dass es beim Altern noch viele andere Faktoren gibt. Eineiige Zwillinge können abhängig von ihrer Exposition, ihren Lebensstilfaktoren (z. B. Rauchen) und ihren körperlichen Aktivitätsmustern eine sehr unterschiedliche Lebensspanne haben.

Das Fazit

Man schätzt, dass Gene maximal 35 Prozent der Lebensspanne erklären können, aber es gibt noch mehr, was wir über das Altern nicht verstehen, als wir verstehen. 25 Insgesamt ist es wahrscheinlich, dass das Altern ein multifaktorieller Prozess ist, was bedeutet, dass es sich wahrscheinlich um einen Prozess handelt Kombination mehrerer Theorien. 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 Determinanten des Alterns wie unser Verhalten, unsere Exposition und einfach nur Glück. Sie sind nicht dem Untergang geweiht, wenn Ihre Familienmitglieder dazu neigen, jung zu sterben, und Sie können Ihre Gesundheit nicht ignorieren, selbst wenn Ihre Familienmitglieder dazu neigen, lange zu leben.

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

Uns wird beigebracht, uns gesund zu ernähren und aktiv zu sein, und diese Lebensstilfaktoren sind wahrscheinlich genauso wichtig, egal wie stark unsere Genetik am Altern beteiligt ist. Die gleichen Praktiken, die scheinbar die Organe und Gewebe unseres Körpers gesund halten, können auch dazu führen, dass unsere Gene und Chromosomen gesund bleiben.

Unabhängig von den besonderen Ursachen des Alterns kann es einen Unterschied machen bei:

• Sport – Studien haben ergeben, dass körperliche Aktivität nicht nur die Herz- und Lungenfunktion verbessert, sondern auch die Telomere verlängert.16
• Ernähren Sie sich gesund – Eine Ernährung mit viel Obst und Gemüse ist mit einer höheren Telomerase-Aktivität verbunden (in der Tat weniger Verkürzung der Telomere in Ihren Zellen). Eine Ernährung mit hohem Omega-3-Fettsäuren-Gehalt ist mit längeren Telomeren verbunden, eine Ernährung mit hohem Omega-6-Fettsäuren-Gehalt ist jedoch das Gegenteil und mit kürzeren Telomeren verbunden. Darüber hinaus ist der Konsum von Limonade mit kürzeren Telomeren verbunden. Reservatrol, der Inhaltsstoff, der für die Begeisterung beim Rotweintrinken verantwortlich ist (aber auch in alkoholfreiem roten Traubensaft vorkommt), scheint das Langlebigkeitsprotein SIRT zu aktivieren
• Stress reduzieren26
• Vermeiden Sie Karzinogene
• Halten Sie ein gesundes Gewicht – Fettleibigkeit ist nicht nur mit einigen der oben erwähnten genetischen Mechanismen verbunden, die mit dem Altern einhergehen (z. B. einer zunehmenden Verkürzung der Telomere), sondern wiederholte Studien haben auch festgestellt, dass eine Kalorienrestriktion Vorteile für die Langlebigkeit mit sich bringt. 27 Das erste Prinzip der Krebsprävention Der vom American Institute for Research on Cancer vorgeschlagene Lebensstil – so schlank wie möglich zu sein, ohne untergewichtig zu sein – könnte eine Rolle für die Langlebigkeit sowie für die Krebsprävention und die Verhinderung eines erneuten Auftretens von Krebs spielen.