12. Hallmark of Aging: Veränderte Autophagie

Veränderte (Makro-) Autophagie oder etwas anschaulicher veränderte zelluläre Müllabfuhr ist das zwölfte und letzte Hallmark of Aging. Darunter versteht die Wissenschaft, dass unsere Zellen es nicht mehr schaffen den Zellmüll loszuwerden. Das kann große Molekül-Komplexe oder ganze Zellorganellen betreffen – deshalb die Vorsilbe „Makro“ – aber auch kleinste Ablagerungen, wie man sie beispielsweise bei der Alzheimer -Demenz findet. Der Einfachheit halber werden wir im restlichen Artikel nur noch von der Autophagie sprechen.

Warum spielt die zelluläre Müllabfuhr nun so eine große Rolle? Um das genauer zu beantworten, werden wir dich auf eine kleine Reise durch den Körper mitnehmen und dir die verschiedenen Komponenten deines Müllentsorgungssystems vorstellen. Lass dich durch komplizierte Namen wie Autophagisch-lysosomales System oder Chaperone nicht einschüchtern, wir erklären dir hier alles Schritt für Schritt. Außerdem werfen wir einen Blick in die Forschung und erklären dir, warum Schlaf und die Supplementierung von Spermidin ein Booster für ein schwächelndes Recyclingsystem sein kann.

Was ist Autophagie?

Autophagie beschreibt das zelleigene Recycling. Es ist ganz normal, dass Proteine oder andere Zellbestandteile irgendwann ihre Funktion verlieren oder nicht mehr gebraucht werden. Schließlich ändern sich unsere Anforderungen über die Zeit hinweg. Auch unsere Zellkraftwerke – die Mitochondrien – halten kein ganzes Menschenleben durch. Die Aufgabe der Autophagie ist dabei, dass diese Überbleibsel korrekt abgebaut und die Bestandteile danach wieder verwendet werden.

Der fehlerhafte Abbau von beispielsweise Proteinen – den Verlust der Proteostase – haben wir bereits als Hallmark of Aging identifizieren können. Hierbei können falsch gefaltete Proteine nicht mehr entfaltet werden. Das birgt die Gefahr der Verklumpung. Da die Entsorgung von Proteinen aber nur ein kleiner Teil der zellulären Müllabfuhr ist, wurden die Kennzeichen des Alterns erweitert. Veränderte Autophagie ist seit dem letzten Update ein eigenständiges Hallmark. Was genau damit im Alter passiert, zeigen wir dir hier.

Von Scheren über Säurefallen – wie wird der Müll in unseren Zellen entsorgt?

Bevor wir uns ansehen, was im Alter nicht mehr richtig läuft, sollten wir zunächst einmal einen genaueren Blick auf unser Recycling-System werfen. Es ist durchaus elegant gestaltet und verrichtet Tag für Tag seine Arbeit, ohne dass wir etwas davon mitbekommen.

Grob gesagt, gibt es zwei große Systeme in der Müllentsorgung der Zellen. Das erste trägt den umständlichen Namen Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) und hat zwei Hauptaufgaben. Einerseits die Markierung (Ubiquitinierung) von fehlgefalteten Proteinen und andererseits sorgen die Proteasomen dafür, dass diese fehlgefalteten Proteine wieder in ihre einzelnen Aminosäuren zerlegt werden.

Du kannst dir die Proteasomen wie eine Art Filter vorstellen, in dessen Innerem sich hochspezialisierte Scheren befinden. Alles, was an Proteinen in die Proteasomen gelangt, wird fein säuberlich aufgetrennt und steht danach der Zelle wieder als neuer Baustein zur Verfügung.

Das zweite große System trägt den nicht minder komplizierten Namen Autophagisch-Lysosomales System. Dieses ist komplexer aufgebaut, als das UPS, da hier nicht nur einzelne Proteine aufgespalten, sondern im Zweifel ganze Zellorganellen in ihre Bausteine zerlegt und diese dann dem Zellstoffwechsel wieder zurückgeführt werden.

Das 4. Hallmark of Aging beruht zum großen Teil auf einer Fehlleistung des Ubiquitin-Proteasom-System. Hier geht es nun um die Autophagie.

Das Autophagisch-Lysosomale System

In unseren Zellen sind nicht nur fehlerhafte Proteine ein Problem, sondern auch Zellorganellen, die nicht mehr funktionieren. Über die Rolle von ATP und den Mitochondrien haben wir schon ausführliche Artikel geschrieben, die aber wenig darüber verraten, was passiert, wenn alte Mitochondrien abgebaut werden müssen. Dies geschieht durch die Makroautophagie.

Auch hier wieder vereinfacht dargestellt: Es bildet sich eine Hülle um das alte Mitochondrium, das man in seiner Gesamtheit Autophagosom nennt. Jetzt haben wir eine geschützte Umgebung. Diese ist nötig, damit der Abbau im Inneren der Zelle nicht gleich die ganze Zelle zerstört.

Im nächsten Schritt verbindet sich das Autophagosom nämlich mit dem Lysosom. Dieses ist eine Art kleiner Magen – es enthält ganz viele Verdauungsenzyme, die wir brauchen, um komplexe Moleküle zu zerteilen. Innerhalb dieser geschützten Umgebung wird nun alles zerkleinert und wie immer in der Biologie gibt es jetzt auch noch einen neuen Namen. Das Autolysosom ist die Verbindung aus dem Autphagosom und dem Lysosom.

Nach der Verdauung wird alles Wiederverwendbare der Zelle zugeführt und die Abfallstoffe mit der Lymphflüssigkeit abtransportiert.

Lipofuscin – wenn man das Alter buchstäblich sehen kann

Im Alter kommt unser hochspezialisiertes Recyclingsystem nicht mehr hinterher. Wenn wir bei den Lysosomen bleiben, ist dies eindrücklich zu sehen. Neben ihrer Aufgabe als „Müllzerkleinerer“, können diese Zell-Organe auch große Proteine aufnehmen, die keine Funktion mehr in der Zelle haben, aber zu groß sind, um mit der Lymphe oder über die Blutbahn abtransportiert zu werden. Dieser „Sondermüll“ wird in der Zelle in kleinen Kapseln, sogenannten „Granula“, gelagert.

Schaut man sich alte Nerven- oder Muskelzellen unter dem Mikroskop an, dann kann man viele dieser dunklen Punkte auch sehen. Zu einem großen Teil handelt es sich dabei um Lipofuscin. Es besteht hauptsächlich aus beschädigten Mitochondrien, die nicht mehr richtig abgebaut werden können. Der Zellmüll „verstopft“ quasi die Zelle und schränkt so ihre Funktion ein. Dies ist wohl einer der Gründe, warum es zu einer mitochondrialen Dysfunktion im Alter kommt.

Alzheimer – eines der prominentesten Beispiele für die fehlerhafte Müllentsorgung

Noch eine weitere Erkrankung, die mit der fehlerhaften Müllentsorgung in Verbindung steht, ist die Alzheimer Demenz. Hier kommt es zur Ablagerung von sogenannten Amyloid-Plaques. Durch einen fehlerhaften Abbau sammeln sich diese Komplexe in den Nervenzellen an und „vermüllen“ diese.

Zusätzlich ist bei Alzheimer-Patienten das Tau-Protein verändert – ein Protein, welches wichtig für die Zellstabilität ist. Die Folge ist eine instabile Zelle und das Absterben von Neuronen.

Alzheimer ist über Jahrzehnte zu einer Volkskrankheit geworden. Die Risikofaktoren sind teilweise genetisch und teilweise durch den Lebensstil bedingt. Die fehlerhafte Müllentsorgung spielt auf jeden Fall eine wichtige Rolle in der Entstehung dieser bisher unheilbaren Krankheit.

Schlaf – ein lang unterschätztes Heilmittel

Es gibt viele Wege unserem Körper bei der Autophagie zu helfen. Ein sehr vielversprechender ist dabei ausreichend Schlaf. Während wir friedlich schlummern, wird in unserem Gehirn aufgeräumt. Das sogenannte glymphatische System sorgt dafür, dass die Abfallstoffe des Tages abtransportiert werden.

Lange Zeit wurde Schlaf in der Medizin ein wenig stiefmütterlich behandelt, doch mittlerweile weiß man, dass der Schlaf enorm wichtig für unsere Gesundheit ist. Schlafen wir monate- oder jahrelang nicht genug, so kann der Zellmüll nicht richtig abtransportiert werden und das Risiko für Alzheimer steigt an. 

Mitochondrien und die Autophagie – wenn die Kraft im Alter fehlt

Wir haben ja bereits bei den Altersflecken, dem Lipofuscin, gesehen, was mit alten Mitochondrien passiert, die nicht mehr richtig abgebaut werden können. Fehlerhafte Mitochondrien und auch der Mangel an diesen ist mit typischen Alterserscheinungen wie einer Herzschwäche verbunden, aber auch einer der Treiber für den altersbedingten Schwund der Muskulatur.

Eines der wichtigsten Moleküle im Mitochondrium ist das NAD. Dieses ist an unzähligen Stoffwechselvorgängen beteiligt – vor allem aber zentral für die Energiebereitstellung. Genauso wie die Mitochondrien, nimmt der NAD-Gehalt im Alter ab. Dies kann man z.B. durch NAD-Tests, welche die NAD-Konzentration im Blut messen, feststellen.

Studien konnten nun zeigen, dass die Gabe von NAD-Vorstufen, wie sie in NAD Boostern enthalten sind, nicht nur die NAD-Level wieder korrigieren, sondern auch die Autophagie steigern. In Tierexperimenten verlängerte sich dadurch sogar das Leben.

Fasten – ein Autophagieboost

Auch der Verzicht auf Nahrung in Form von Fasten, kann für unseren Körper hilfreich sein. Über die unterschiedlichen Formen des Fastens und die molekularen Auswirkungen, haben wir bereits in einem separaten Artikel geschrieben, deshalb hier nur die Kurzfassung.

Sind wir in einem Fastenzustand, dann scheint dies für unseren Körper eine Art Startschuss zu sein, um altes Material zu recyclen. Schließlich kommt ja aktuell keine Nahrung nach. Innerhalb kürzester Zeit werden deshalb die Chaperone aktiviert. Chaperone sind spezialisierte Proteine, die hauptsächlich die korrekte Faltung von Proteinen kümmern. Sie spielen aber auch eine Rolle in der Autophagie, in dem sie Proteine, die sie nicht mehr korrekt falten können, zu den Lysosomen transportieren und so für den Abbau sorgen. Wahre Kavaliere also.

Fasten sorgt über verschiedene Wege dafür, dass unser Körper das eigene Recyclingsystem wieder hochfährt. Sei es durch die Aktivierung der Sirtuine, über die Dr. David Sinclair geforscht hat, oder durch das Chaperon System. Einen ähnlichen Ansatz haben Fasten-Mimetika, wie du sie im Fasten-Bundle findest.

Spermidin – ein aussichtsreiches Molekül

Ein weiterer, sehr spannender Ansatz, um die Autophagie im Alter anzukurbeln, ist die Supplementation mit dem körpereigenen Molekül Spermidin. Dieses Molekül konnte in mehreren Tierstudien schon erfolgreich getestet werden und steigerte dort das zelluläre Recycling. Insbesondere für die Gesundheit von Herzzellen scheint Spermidin von Vorteil zu sein, weshalb Studien dazu auch beim Menschen laufen. Bei Mäusen konnte die Supplementation von Spermidin bereits eine Lebensverlängerung um bis zu 25% bringen. Auch eine spermidinreiche Ernährung bei Menschen wurde mit besserer Gesundheit in Verbindung gebracht.

Fazit zur Autophagie

Unser zelluläres Müllentsorgungssystem ist hochkomplex und scheint im Alter mit der Menge an Abfallstoffen überfordert zu sein. Das zeigt sich in der Entstehung einiger altersbedingter Erkrankungen. Wir sind jedoch nicht ganz machtlos. Es gibt Wege die Autophagie als eines der Hallmarks of Aging wieder zu steigern, sei es durch Fasten, Sport, Spermidin kaufen oder NAD-Vorstufen.

Wir dürfen gespannt sein, welche neuen Ansätze in den nächsten Jahren auf den Markt kommen und ob wir damit Erkrankungen, wie Alzheimer, irgendwann verhindern können.

Das war der letzte Artikel aus der Reihe Hallmarks of Aging.