Die Mitochondriale Theorie des Alterns

Mitochondrien sind Organellen die sich praktisch in allen Zellen des Körpers außer den roten Blutkörperchen finden. Mitochondrien sind die Energiegeneratoren der Zelle, die über 90% der ATP Bioenergie erzeugen. Die Produktion der ATP in den Mitochondrien entsteht durch die Interaktion von zwei metabolischen Kreisen, dem Zitronensäurezyklus und der Oxidativen Phosphorylisation-Elektronen-Transportkette (ETC). Mitochondrien sind essentiell für das Leben. Sie generieren die Energie, die die zelluläre Aktivität, die muskuläre Aktivität, die Herz und Hirnaktivität ebenso wie das Gehen, Sprechen und Atmen versorgt. Mitochondrien haben ihre eigene DNA, die in Laufe des Lebens immer mehr defekt wird, gleichzeitig sind auch die Mitochondrien die Helfer bei der Bekämpfung der freien Radikale.

Aufgrund der reduzierten Regenerationsfähigkeit der Körperzellen bei zunehmendem Alter kommt es insbesondere im Alter zu Abnutzung und Verschleißerscheinungen wie Arteriosklerose, Arthrose, Rheuma und zur Verlangsamung der geistigen Beweglichkeit des Gehirns. Grund ist hierfür in erster Linie die Produktion der freien Radikale und daraus resultierend oxidativer Stress sowie Mängel in der antioxidativen Abwehr.

Freie Radikale sind unvollständige Moleküle, die instabil sind, weil sie ein freies partnerloses Elektron besitzen. Dadurch werden freie Radikale extrem reaktionsbereit und sind auf der Suche, das fehlende Elektron auf irgendeinem möglichen Weg zu akquirieren. Sie reagieren mit benachbarten Molekülen, indem sie sich von diesen ein Elektron holen und verändert es biochemisch wieder in ein freies Radikal oder es wird zu einer anderen chemischen Struktur umgewandelt. Wenn die Zellen, insbesondere die Mitochondrien, Sauerstoff zur Energieproduktion benutzen, entstehen freie Radikale. Sport, Stress und Krankheit steigern deren Zahl. Ungefähr 92 % aller freien Radikale entstehen in den Mitochondrien. Freie Radikale können tatsächlich alle Biomoleküle schädigen inkl. Proteinen, Zucker, Fettsäuren und Nukleinsäuren. In den Mitochondrien entstehen 92 % aller freien Radikale.

Wenn die Funktionen der Mitochondrien gestört sind, so wird der oxidative Abbau der aus dem Organismus aufgenommenen Nährstoffe gestört, sowie die Glykolyse oder der Fettsäureabbau. Weiters wird der programmierte Zelltod (Apoptose) durch die mitochondriale Dysfunktion eingeschränkt.
Das Wachstumshormon aktiviert die mitochondriale Funktion und reduziert damit die freien Radikale, wie auch durch das Wachstumshormon eine Regulierung der Apoptose stattfindet. Damit wird durch das Wachstumshormon die Vernichtung von kranken oder sich inkorrekt teilenden Zellen gefördert, und nur gesunde Zellen werden in ihrer Teilung angeregt.

Bei der Apoptose kommt es zur Aktivierung von Rezeptoren auf der Zellmembranoberfläche im Sinne einer aktiven Apoptose. Verschiedene Signale aus der Umgebung der Zelle können bewirken, daß diese den Zellzyklus verlässt und die Apoptose einleitet, wobei auch ein Entzug von Wachstumshormonen, die passive Apoptose, eintreten kann.

Bis vor kurzem war die Möglichkeit, das menschliche Altern zu verzögern, eine reine Phantasie, die von wissenschaftlicher Basis weit entfernt war.

Im Gilgamesh-Epos vor 4.700 Jahren finden wir die ersten Aufzeichnungen, wie man das Altern und die damit verbundenen Krankheiten beheben könne.

Heutzutage jedoch stehen wir an einem einmaligen Wendepunkt der Geschichte, der sich mit dem Jahre 1870 vergleichen lässt. Zu diesem Zeitpunkt hatten Pasteur, Koch und andere Wissenschafter die Erkenntnis, dass Bakterien gefährlich und krankheitserregend sein könnten. Auch sie wurden anfangs in ihren Erkenntnissen und Theorien abgelehnt und diese als gefährlich und noch nicht genug erwiesen hingestellt und massiv bekämpft.

Heute wäre eine Welt ohne diese Erkenntnisse und den daraus folgenden Maßnahmen nicht denkbar, und deren Bahnbereiter haben Weltruhm erlangt. Tatsächlich ist vieles, das in der modernen Medizin gut ist, wie sterile Techniken, Antibiotika, Immunisierung etc., auf diese einzigartige kraftvolle konzeptionelle Revolution zurück zuführen, die vor ca. 130 Jahre stattfand.

Die Menschen jedoch , die durch ihre geistige Schwerfälligkeit Neuigkeiten ablehnten, sie als Gefahr darstellten und kritisierten, sind heute vergessen.

Heute besteht eine ähnliche Situation bezüglich des Alterns und altersbezogener Erkrankungen. Wir denken bei Krebs, Arteriosklerose, Osteoporose, Osteoarthritis, Hautalterung Alzheimererkrankung und immunologische Vergreisung an voneinander isolierte Leiden, die ursächlich keinen gemeinsamen Ursprung aufweisen.

Als bisher einzige Gemeinsamkeit dieser Erkrankungen war ihr Auftreten im fortgeschrittenen Lebensalter, und darüber hinaus war den meisten keine gemeinsame Ursache ersichtlich.
Bei genauer Betrachtung der Umstände jedoch findet sich ein Zusammenhang, der wie ein roter Faden zwischen altersbedingten Erkrankungen und der Alterung als solches selbst sich hinzieht. Um den gemeinsamen Mechanismus zu verstehen, muss man auch verstehen wie das Altern als solches selbst entsteht.

Für viele ist Altern im wissenschaftlichen Jargon ausgedrückt, ein Defekt, der durch freie Radikale oder von reaktiven Sauerstoffmolekülen an Mitochondrien, Proteinen und DNA verursacht wird.

Der menschliche Körper widersteht aktiv der Abnutzung und dem Verbrauch durch eine kontinuierliche Reparatur seiner zugrunde gegangenen Zellen und Defekte. Proteine werden ersetzt, neue Mitochondrien werden sowie neue Moleküle erzeugt, DNA fixiert und von Kopf bis Fuß erneuert sich so der Köper.

Im Alter verlangsamt sich dieser Reparaturmechanismus. Alte Zellen setzen sich mit freien Radikalen nicht mehr auseinander.

Die Mitochondrien stammen genetisch von der Mutter. Jeder von uns stammt aus einer Zelllinie, die 3,5 Milliarden Jahre alt ist.

Im Wesentlichen gibt es multizelluläre Organismen, die niemals altern und einzelne zelluläre Organismen, die doch altern. Krebszellen oder Keimzellenlinien altern niemals. Die meisten Körperzellen altern in unterschiedlichem Maße. Alle Körperzellen, alternde und nicht alternde, die auch in unterschiedlichem Maße altern, sind den freien Radikalen und anderen Schäden ausgesetzt. Jedoch nur bestimmte Zellen altern. Der Unterschied ist, dass alternde Zellen ihr Reparatursystem verlangsamen, während die Zellen die nicht altern, weiter ihre Schäden beheben.

Das Lebensende entsteht durch das Einstellen der ständigen Reparatur.

Um eine Zelle vor der Alterung zu schützen, ist das erste Problem, keine freien Radikale zu erzeugen.
Da wir jedoch Sauerstoff zum Überleben brauchen, lässt sich nicht verhindern, dass einige freie Radikale entstehen. Die geschieht bei der Bildung von ATP-Molekülen, die praktisch alles in unserer Zelle energetisch beliefern.

Wenn die Zellen altern, werden mehr und mehr freie Radikale für die Herstellung der gleichen Menge ATP freigesetzt.

Das zweite Problem ist, die DNA und die wesentlichen Zellproteinen von freien Radikalen zu schützen. Die Zelle versucht, die DNA im Zellkern vor den freien Radikalen zu schützen, und die freien Radikale in den Mitochondrien zu isolieren. Wenn jedoch die Zellen älter werden, beginnen die Lipidmembranen zu lecken. Die freien Radikale beginnen aus den Mitochondrien zu entweichen. Das dritte Problem ist, diese freigesetzten Radikale zu erfassen und zu eliminieren. Die Zelle verwendet dazu Vitamin E, Superoxid Dismutase (SOD) und eine Anzahl anderer Mechanismen, um die freien Radikale zu entfernen.

Im Alterungsverlauf werden jedoch diese Mechanismen immer weniger verfügbar, so dass die freien Radikale in alternden Zellen mehr Schäden als in jungen Zellen anrichten.

All diese Probleme entstehen als Muster den Genexpresssion mit dem Alter sich verändert. Die Gene bleiben gleich, jedoch der Defekt wird anders. Die Zahl der Faktoren die die Genexpression beeinflussen ist enorm. Die Anzahl der Einflüsse auf die Genexpression zwischen jungen und alten Zellen ist wesentlich eingeschränkt, jedoch auch noch umfangreich. Scheinbar das wichtigste Kontrollorgan der Zellteilung das sich verändert ist das Telomer. Das Telomer ist ein langes Stück einer DNA am Ende jedes Chromosoms. Bei jeder DNA-Replikation, bei jeder Zellteilung wird ein kleiner Teil des Telomer verloren. Dieser allmähliche Verlust verursacht eine Veränderung in den Proteinen um die Telomer das wieder verursacht einen indirekten Wandel in der Genexpression im Rest des Chromosoms. Bei jeder Zellteilung, wird die Zelle einwenig älter. Selbst Zellen, die sich nicht teilen oder langsam teilen, sind wieder abhängig von Zellen die sich schnell und oft teilen, und so mehr Alterung erleben. In jedem Organ können wir Alterskrankheiten zurückführen auf alternde Zellen. Bei der Alzheimererkrankung ist es die Mikroglia, die der Schule geht zu sein scheint. Bei der Arthritis sind es die Chondrozyten in den Knochen die Osteoplasten die Altern, als Resultat Osteoporose verursachen. Im Immunsystem Altern die Lymphozyten und als Resultat ergibt sich eine verminderte Immunfunktion. In der Haut altern die Fibroplasten und Keratinocyten und resultieren in einer dünnen und runzeligen Haut.
Erstmals ist es jedoch nun gelungen diese Fehlerhaften Prozesse zu verhindern. Wir können nun Altern Resetten, am Beispiel der Rekonstruierten menschlichen Haut. Wenn einer Maus menschliche Hautzellen Keratinacyten und Fibroplasten transplantiert werden, dann wachsen menschliche Zelle auf der Maus an.

Wenn wir junge menschliche Zellen verwenden, dann werden wieder junge menschliche Zellen wachsen, wenn wir alte menschliche Zellen verwenden, wird eine alte menschliche Haut wachsen, mit dünnen und wenig aufeinander haftenden Schichten. Wenn wir alte menschliche Zellen nehmen und das Muster der Genexpression Resetten, ist das Resultat, das eine junge menschliche Haut wachst, die dick ist, und deren Zellen eine tiefe interdigitation hat, auch die Zellen sind in ihrer Form typisch für die junge Haut. Im Form der Genexpression und ihrer Histologie. Das Alter der Haut ist nicht eine Frage, wie alt ist die Zelle, sonder wie alt ist die Genexpression.

Wie kann man nun höchst effektiv und Effizient verhindern oder behandeln, die Krankheiten des Alterns. Man kann die Krankheiten heute mit vielfachen Formen der medizinischen Kunst behandeln. Jedoch ist nicht ihre Ursache behandelt. Wenn man grundlegend die Ursache der Alterung behandeln, will muss man beim Unterschied der jungen gegenüber der alten Zelle eingreifen. Der Unterschied zwischen einer jungen und alten Zelle ist nicht das Superoxid-Dismutase-Gen noch muss dieses Gen oder ein anderes Gen ersetzt werden. Die Differenz zwischen einer jungen und einer alten Zelle ist das dieses oder andere Gene nicht in den richtigen Mengen und zur richtigen Zeit expremiert werden. All dieses kann durch die Anwendung der Telomerase resettet werden, wobei des bis jetzt in Laboratorium Anwendung gelungen ist. Um eine Genexpression von jungen normalen Zellen zu erreichen kann man das Zellomerasegen ersetzen, welches dann eine normale Telomerase expremiert, die Gene erneuert, und eine normale Zellfunktion ermöglicht. Noch besser ist jedoch das existierende Telomerase-Gen in jeder Zelle zu kontrollieren, es auf und ab zu drehen, nach Bedarf. Dies ist die Rolle Telomerase inducers der derzeit unter Entwicklung steht. Entweder die Kopie eines normalen Telomerase-Gens einzufügen oder einen Telomeraseinducer zu verwenden ermöglicht die Genexpression auf jugendlicher Funktion zurückzudrehen. Diese Methoden sind derzeit am Menschen noch nicht anwendbar, jedoch erscheint die Anwendung nicht mehr in allzu weiter Ferne zu sein.