Steiferes Gewebe treibt Zellen ins Altern
Mit zunehmendem Alter wird das Protein- und Fasernetzwerk um unsere Zellen herum starrer. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass diese Steifigkeit allein ausreicht, um Zellen in einen gealterten Zustand zu versetzen – unabhängig von anderen Ursachen.
Zellen sind in ein feines Geflecht aus Proteinen und Zuckermolekülen eingebettet, die sogenannte extrazelluläre Matrix (ECM). Diese Matrix leistet weit mehr als bloße mechanische Stützarbeit: Sie sendet auch biochemische und mechanische Signale an die Zellen. Mit dem Alter häufen sich chemische Querverbindungen an, die Matrix verhärtet sich.
Forschende wollten wissen, ob diese zunehmende Steifigkeit allein zelluläres Altern auslösen kann. Dazu züchteten sie Zellen auf künstlichen Hydrogelen unterschiedlicher Härte: 4 Kilopascal (kPa) für ein weiches Substrat und 19 kPa für ein steifes. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Cells veröffentlicht. Auf dem steifen Substrat zeigten die Zellen eindeutige Alterungsmerkmale: geringere Teilungsrate, veränderte Form und eine gedrosselte Aktivität der Autophagie, also des zellulären Selbstreinigungsprozesses, bei dem die Zelle beschädigte Bestandteile abbaut. Gene, die mit Langlebigkeit in Verbindung gebracht werden, waren auf dem weicheren Substrat aktiver.
Lässt sich Altern mechanisch umkehren?
Der bemerkenswerteste Teil der Studie sind die Umkehrbarkeitsversuche. Zellen, die zunächst auf einem steifen Substrat gewachsen waren und anschließend auf ein weiches übertragen wurden, zeigten weniger Alterungsmerkmale, und die Autophagie-Aktivität nahm zu. Das legt nahe, dass die mechanische Umgebung alterungsbedingte Veränderungen nicht nur antreibt, sondern sie zumindest teilweise rückgängig machen kann.
Aus der Perspektive der Langlebigkeitsforschung eröffnet das die Möglichkeit, das Altern von Gewebe über die physikalischen Eigenschaften der Matrix zu beeinflussen, nicht nur über Genetik oder Medikamente. Die Forschenden selbst bezeichnen ihre Arbeit als Machbarkeitsstudie im Labor. Was sich in der Petrischale zeigt, gilt nicht automatisch für lebende Organismen.
Wo steht das Forschungsfeld?
Die Erforschung einer Reparatur der extrazellulären Matrix in lebendem Gewebe ist nach wie vor unterfinanziert. Es gibt Interesse daran, alterungsbedingte Querverbindungen zu entfernen, die die Matrix versteifen. Sollte das gelingen, könnte es den Verfall des Zellverhaltens in älterem Gewebe verlangsamen.
Vorerst handelt es sich um vielversprechende Hinweise, keinen Beweis dafür, dass eine Gewebeaufweichung das Altern umkehrt. Doch die Studie bestätigt, dass die physikalische Umgebung einer Zelle weit mehr prägt als nur ihre mechanische Abstützung.
Suchbegriffe: extracellular matrix aging, mechanical cell senescence, autophagy tissue stiffness