Nach gängiger Lehrmeinung teilen sich die meisten unserer Körperzellen im Laufe unseres Lebens mehrfach und werden so immer wieder regeneriert und verjüngt. Doch eine neue Studie enthüllt nun Überraschendes: In vielen Organen gibt es Zellen, die erstaunlich langlebig sind und manchmal sogar schon so alt wie der gesamte Organismus. Dazu gehören Zellen an der Innenwand von Blutgefäßen, aber auch Zellpopulationen in der Bauchspeicheldrüse und der Leber. Diese Organe bilden damit ein Mosaik aus Zellen unterschiedlichen Alters – mit potenziellen Konsequenzen für den Alterungsprozess, aber auch für einige Krankheiten.
Unsere Hautzellen erneuern sich alle sieben Jahre – so heißt es. Durch ständige Zellteilungen werden so alte Zellen durch neue ersetzt. Gängiger Annahme nach gilt dies für die meisten Zellen in unserem Körper, mit Ausnahme der Neuronen im Gehirn. Sie teilen sich nicht und werden daher bei Beschädigung auch nicht ersetzt, weshalb neurodegenerative Erkrankungen so verheerende und irreversible Auswirkungen haben. “Es gibt daher die allgemeine Annahme, dass die Neuronen alt sind, während andere Zellen im Körper sich während der gesamten Lebenszeit des Organismus ständig regenerieren”, erklärt Erstautor Rafael Arrojo e Drigo vom Salk Institute an der University of California in San Diego. “Wir wollten wissen, ob es möglich ist, dass bestimmte Organe doch einige Zellen behalten, die so langlebig sind wie die Neuronen im Gehirn.”
Altersbestimmung mit Isotopenhilfe
Für ihre Studie nutzten die Forscher Mäuse als Modell für das Zellverhalten bei Säugetieren. Sie verabreichten den Tieren mit dem Futter einen Biomarker, das Stickstoff-Isotop 15N. Dieses wird von sich teilenden Zellen in die neuen Tochterzellen eingebaut und verrät so, welche Zellen neu sind und welche nicht. Ein spezielles Bildgebungsverfahren, das sogenannte MIMS-EM, machte die markierten Zellen dann in den Geweben sichtbar. Als Referenz für das Zellalter untersuchten Arrojo e Drigo und sein Team zuerst die Neuronen der Mäuse. Wie erwartet stellten sie fest, dass diese sich zu Lebzeiten der Mäuse nicht mehr geteilt hatten und daher so alt waren wie die Mäuse selbst. Dann betrachteten die Forscher die Zellen anderer Organe. “Dank der neuen Visualisierungsmethoden können wir nun das Alter von Zellen und ihrer supramolekularen Komplexe genauer bestimmen als je zuvor”, sagt Co-Autor Mark Ellisman von der University of California in San Diego.
Der Blick auf die Körperzellen jedoch ergab Überraschendes: “Erstaunlicherweise stellten wir fest, dass eine Untergruppe von Fibroblasten und Endothelzellen – beide für ihr Teilungspotenzial bekannt – im Erwachsenenalter keinerlei Zellteilung zeigen”, berichten die Wissenschaftler. Diese Zellen kleiden unter anderem die Innenwände von Blutgefäßen aus und finden sich in vielen Bindegeweben. Entgegen gängiger Annahme sind sie demnach ebenso alt und beständig wie die Neuronen und werden zu Lebzeiten nicht ausgetauscht. Auch in der Bauchspeicheldrüse entdeckten die Forscher einige Zellgruppen, die überraschend alt waren. Vor allen die Langerhansschen Inseln, eine Region des Pankreas, die für die Bildung des Blutzuckerhormons Insulin wichtig ist, erwies sich als wahres Mosaik alter und junger Zellen.
Komplexes Mosaik
Überraschendes ergab auch ein Blick in die Leber: Dieses Organ kann sich auch im Erwachsenenalter noch regenerieren. Deshalb erwarteten die Wissenschaftler in ihr vornehmlich junge Zellen zu finden. Doch das Gegenteil war der Fall: “Die meisten Hepatozyten sind so alt wie die Neuronen”, berichten Arrojo e Drigo und sein Team. Die große Mehrheit der Leberzellen hatte sich offenbar das gesamte adulte Leben der Mäuse hindurch nicht ein einziges Mal geteilt. Nur Zellen entlang der Blutgefäße und einige Untergruppen der Leberzellen waren etwas kurzlebiger. Dieses Altersmosaik fanden die Forscher aber nicht nur in den Organen und Geweben, selbst innerhalb der Zellen gab es Makromoleküle stark unterschiedlichen Alters. So enthielten die alten Leberzellen junge, offenbar häufig neugebildete Proteine, während die haarähnlichen Anhänge der Neuronen und der Betazellen des Pankreas Proteine verschiedenen Alters enthielten.
(Video: Salk Institute)
“Basierend auf diesen Ergebnissen schließen wir, dass ein solches Altersmosaik über verschiedene Skalen hinweg ein fundamentales Prinzip von erwachsenem Gewebe, von Zellen und Proteinkomplexen zu sein scheint”, konstatieren die Wissenschaftler. “Das spricht für eine noch größere zelluläre Komplexität als wir uns zuvor vorgestellt haben und hat spannende Implikationen auch dafür, wie wir über das Altern von Organen wie dem Gehirn, dem Herz oder der Bauchspeicheldrüse denken”, sagt Martin Hetzer vom Salk Institute. Das Wissen um die verschiedenen Zellalter in solchen Organen könnte möglicherweise auch neue Einsichten darin geben, wie man altersbedingte Schäden oder Krankheiten verhindern kann.
Quelle: Rafael Arrojo e Drigo (Salk Institute, University of California, San Diego) et al., Cell Metabolism, doi: 10.1016/j.cmet.2019.05.010
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