Könnte die gezielte Bekämpfung dieses Enzyms das Altern und verwandte Krankheiten verlangsamen?
Die Untersuchung eines Enzyms, das die Teilung von Zellen verhindert, könnte ein fruchtbarer Weg für die Erforschung sein, wie das Altern verlangsamt und altersbedingte Krankheiten behandelt werden können.
Zu diesem Schluss kamen Forscher der Kobe University in Japan, nachdem sie das Enzym D-Aminosäureoxidase (DAO) und seine Rolle in Zellen untersucht hatten.
DAO metabolisiert D-Aminosäuren, die im Gegensatz zu ihren spiegelbildlichen Verwandten, den L-Aminosäuren, in der Säugetierbiologie nur eine geringe Präsenz haben.
Aus diesem Grund wussten die Wissenschaftler bis zur jüngsten Studie wenig über die Auswirkungen von DAO auf den Körper.
Der neue Befund zeigt, dass DAO bei der Metabolisierung von D-Aminosäuren reaktive Sauerstoffspezies (ROS) produziert, eine Gruppe instabiler Moleküle, die Zellstress verursachen.
Stressoren wie DNA-Schäden und ROS führen zu einer Seneszenz der Zellen, einem irreversiblen Zustand, in dem sie sich nicht mehr replizieren können.
Der Befund deckt einen molekularen Mechanismus auf, der in früheren Studien, die ROS mit Seneszenz und Alterung der Zellen in Verbindung gebracht haben, fehlte.
ROS und Zellalterung
ROS sind wichtige Akteure in der Biologie des Alterns und vieler Krankheiten, die mit zunehmendem Alter zunehmen, wie Parkinson, Alzheimer, Diabetes und viele Krebsarten.
Die jüngste Studie trägt zu einem wachsenden Verständnis der Rolle seneszierender Zellen in dieser Beziehung bei.
Das Eintreten in einen irreversiblen Zustand, in dem es sich nicht mehr teilen und vermehren kann, verringert nicht notwendigerweise die Fähigkeit einer Zelle zur Veränderung und zum Einfluss.
Frühe Forschungen deuteten darauf hin, dass der Haupteinfluss der Zellalterung auf die menschliche Biologie den Schutz vor Krebs beinhaltete. In einem seneszenten Zustand können sich Zellen mit beschädigter DNA nicht vermehren und zu Tumoren führen.
Seitdem haben Studien jedoch gezeigt, dass seneszierende Zellen bei der Gewebereparatur, Wundheilung, Embryonalentwicklung und Alterung aktiv sind.
Ein Hauptaugenmerk der fortgesetzten Forschung liegt auf den verschiedenen Stressfaktoren, die dazu führen können, dass Zellen in den irreversiblen Zustand gelangen.
Darüber hinaus wächst das Wissen darüber, wie altersbedingte biologische Veränderungen und Krankheiten ROS und Seneszenz betreffen.
Eintauchen in die Rolle des DAO
In früheren Arbeiten hatten die Forscher der Kobe-Universität entdeckt, dass Seneszenz das Tumorsuppressormolekül p53 auslöst und dass dies das Gen für DAO aktiviert.
In dieser „Studie wurde jedoch die direkte Beziehung zwischen DAO und Seneszenz nicht vollständig untersucht“, stellen sie fest.
In ihrer neueren Untersuchung haben die Forscher Krebszellen zur Seneszenz überredet, indem sie sie geringen Mengen eines „Krebsmedikaments ausgesetzt haben, das DNA-Doppelstrangbrüche induziert“.
Sie fanden jedoch heraus, dass eine Verringerung der DAO-Aktivität, entweder mit Arzneimitteln oder durch Stummschalten des Gens, die Seneszenz und die ROS-Produktion verringerte.
In einem anderen Experiment verwendeten sie eine DAO-Mutante, die verhinderte, dass sie sich wie ein Enzym verhält. Diese Version von DAO erzeugte jedoch weder ROS noch förderte sie die Seneszenz.
Das Team schlägt vor, dass dies beweist, dass es die Fähigkeit von DAO als Enzym zur Herstellung von ROS ist, die es ermöglicht, die Seneszenz in Zellen zu fördern.
In weiteren Experimenten entdeckten die Wissenschaftler andere Wege, die DAO helfen, die durch DNA-Schäden ausgelöste Seneszenz zu fördern.
Ein Schlüsselfaktor ist das Transportergen SLC52A1, das zur Erhöhung der Spiegel des Coenzyms Flavinadenindinukleotid (FAD) beiträgt.
DAO benötigt eine Versorgung mit FAD, und SLC52A1 stellt diese Versorgung sicher, indem es die Verfügbarkeit von Vitamin B-2, einem Bestandteil von FAD, erhöht.
Die Forscher sind hinsichtlich der Auswirkungen ihrer Ergebnisse vorsichtig. ROS sind nicht immer die Bösen: Sie können auch der Gesundheit zugute kommen. Zum Beispiel können niedrige ROS-Werte die Lebensdauer verlängern, und das Immunsystem benötigt sie, um Infektionen zu bekämpfen.
Vielleicht ist es die Überproduktion von ROS, die Probleme verursacht und das Gleichgewicht zwischen Zellstress, Krankheit und Alterung beeinflusst. In dieser Hinsicht identifiziert die Studie eine bisher unbekannte Rolle für DAO.
Die Forscher schließen daraus:
"Unsere Ergebnisse zeigen deutlich eine neuartige Funktion von DAO als Promotor der durch DNA-Schäden induzierten Seneszenz, die neue Einblicke in die Rolle von [D] -Aminosäuren bei verschiedenen physiologischen und pathologischen Prozessen wie Seneszenz, Krebs und Alterung liefern kann."
