Diätrestriktion und Alter

Die kalorienreduzierte Ernährung (Dietary restriction, DR) ist nach wie vor die wirksamste bekannte Maßnahme, um den Alternsprozess über verschiedene phylogenetisch weit voneinander entfernte Spezies hinweg zu verzögern, doch ist die Wirksamkeit dieser Maßnahme nicht über die gesamte Lebensspanne hinweg gleichbleibend. Neue Erkenntnisse aus unserem Labor deuten darauf hin, dass die Fähigkeit der DR, die Stammzellfunktion zu verjüngen, deutlich abnimmt, wenn die Maßnahme erst im späten Lebensalter begonnen wird. Dieser Rückgang lässt vermuten, dass das alternde Gewebe molekulare Einschränkungen – genetischer, epigenetischer oder metabolischer Art – aufweist, die die kanonische DR-Reaktion abschwächen.

Wir haben daher eine neue Forschungslinie ins Leben gerufen, um die Mechanismen zu untersuchen, die die Reaktionsfähigkeit auf DR im hohen Alter einschränken. Unser Ziel ist es, Faktoren zu identifizieren, die das DR-Programm in gealterten Organismen wiederherstellen oder verstärken können: genetische Regulatoren, deren Modulation jugendliche Transkriptionsprofile wiederherstellt, epigenetische Markierungen, deren Umgestaltung geschlossene Chromatin-Domänen wieder öffnet, und Nahrungsbestandteile oder metabolische Signale, die die Aufnahme von Nährstoffen auch im fortgeschrittenen Alter verstärken.

Durch die Definition dieser Determinanten wollen wir einen kohärenten Rahmen für die Verbesserung der Wirkung von DR im hohen Alter schaffen. Letztendlich soll dieses Wissen die Grundlage für DR-basierte Interventionen bilden, die in der Lage sind, die physiologische Erhaltung zu verbessern und die Gesundheitsspanne älterer Menschen zu verlängern – mit Vorteilen, die über die derzeit etablierten Lebensgewohnheiten und routinemäßigen medizinischen Untersuchungen hinausgehen.

Interorganische Kommunikation als Reaktion auf Nahrungsrestriktion

Eine kalorienreduzierte Ernährung (Dietary restriction, DR)  ersetzt den Körper in einen besonderen Stresszustand. Dieser Stress aktiviert bestimmte, evolutionär sehr alte Signalwege (konserviert), die Zellen dabei helfen, sich selbst zu erhalten und den Körper insgesamt gesünder zu halten.  Man versteht Altern heute zunehmend nicht mehr nur als Summe einzelner Zellschäden, sondern als Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels von Signalen zwischen verschiedenen Organen. 

Unsere Forschung möchte herausfinden, welche Organe zuerst auf eine kalorienreduzierte Ernährung reagieren und wie diese frühen Reaktionen in Signale umgewandelt werden, die den gesamten Körper beeinflussen. 

Dafür nutzen wir spezielle genetische Modelle, die es uns ermöglichen, einzelne Gewebe gezielt zu untersuchen. In Kombination mit umfassenden Analysen von Proteinen und Stoffwechselprodukten wollen wir herausfinden, welche Botenstoffe zwischen den Organen ausgetauscht werden, wenn der Körper weniger Kalorien bekommt.

Wenn wir die wichtigsten Sender und Empfänger dieser Signale identifizieren, können wir gezielt die Faktoren finden, die besonders wichtig für die positiven Effekte der Kalorienreduktion sind. Langfristig könnten solche Faktoren als Grundlage für neue Therapien dienen – mit dem Ziel, die gesundheitlichen Vorteile einer kalorienreduzierten Ernährung zu erreichen, ohne dass Menschen ihre Ernährung drastisch umstellen müssen.

Das Gedächtnis des Wachstums und des Stoffwechsels beeinflusst das Altern

Ein zweites Forschungsprogramm untersucht, ob das Wachstum und der Stoffwechsel in der frühen Lebensphase die Entwicklung des Alterns im Erwachsenenalter beeinflussen. Wir konzentrieren uns auf bestimmte Stammzellpopulationen, um festzustellen, ob die Stoffwechselaktivität während der Entwicklung ein dauerhaftes epigenetisches Gedächtnis prägt oder selektive Prozesse beschleunigt, die den Alternsverlauf dieser Zellen beeinflussen.

Unsere Ergebnisse liefern direkte experimentelle Belege dafür, dass Wachstumssignale und Stoffwechselbelastung während der Entwicklung und im frühen Erwachsenenalter charakteristische Altersmerkmale in hämatopoetischen Stammzellen (HSCs) beeinflussen, insbesondere die Ausbreitung von myeloisch geprägten Subpopulationen. Darüber hinaus deuten neue Daten darauf hin, dass die entwicklungsbedingte Modulation epigenomregulierender Gene das Wachstum des Organismus und die endgültige Größe des Stammzellpools beeinflusst.

Wir untersuchen, ob sich diese Einflüsse in der frühen Lebensphase auf die Gesundheitsspanne und Lebensdauer auswirken und ob das epigenetische Gedächtnis des Wachstumsprozesses im Erwachsenenalter neu programmiert werden kann. Solche Erkenntnisse könnten letztlich neue Ansatzpunkte für Interventionen aufzeigen, die ein gesundes Altern fördern, indem sie das molekulare Erbe der frühen Lebensphase neu betrachten.