Alternde Barrieren und endotheliale Seneszenz
Wie wirkt sich das Altern der Endothelzellen auf deren Funktion in verschiedenen Organen bei Alter und Krankheit aus?
Endothelzellen sind besondere Zellen, die wichtige Schutzbarrieren zwischen unseren Organen und dem Blutkreislauf bilden. Diese Barrieren entscheiden, welche Stoffe ins Organ gelangen und welche draußen bleiben oder herausgeschleust werden. Das ist zum Beispiel wichtig, damit das Gehirn vor giftigen Stoffen geschützt bleibt. Wenn wir älter werden oder krank sind, funktionieren diese Schutzwände oft schlechter. Ein Grund dafür ist, dass manche Zellen im Alter oder bei Krankheiten aufhören, sich zu teilen – das nennt man „zelluläre Seneszenz“. Bisher wissen Forscherinnen und Forscher noch nicht genau, wie dieses Altern der Zellen die Schutzfunktionen beeinflusst, zum Beispiel an der Blut-Hirn-Schranke oder in anderen Gefäßen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wollen das in einem großen Projekt besser verstehen. Sie schauen sich dazu Zellen von jungen und alten Menschen an, verwenden moderne Labormodelle mit menschlichen Stammzellen und arbeiten auch mit Tieren, um die Unterschiede im gesunden und im alten oder kranken Zustand zu vergleichen. Besonders wichtig ist dabei ein bestimmtes Zuckermolekül, Sialinsäure genannt, das den Schutz der Barrieren mitbestimmt. Außerdem nehmen sie Blutproben von Menschen mit Demenz, um nach Alterszeichen zu suchen, die eventuell helfen könnten, Krankheiten besser zu erkennen oder zu behandeln. In dem Projekt arbeiten viele Forscherinnen und Forscher aus der Medizin und den Naturwissenschaften zusammen, um gemeinsam mehr über das Altern, Krankheiten und den Schutz der Organe zu lernen und später vielleicht neue Therapien zu entwickeln.
Projektbeschreibungen
In diesem Forschungsprojekt wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausfinden, ob man anhand bestimmter Stoffe im Blut und in der Gehirnflüssigkeit schon früh erkennen kann, ob jemand an einer Alterskrankheit wie Demenz leidet. Dafür sammeln sie viele Proben: von alten und jungen Menschen, von Gesunden und von Patientinnen und Patienten mit verschiedenen Krankheiten. Mit modernen Messmethoden bestimmen die Forscherinnen und Forscher, ob Stoffe, zum Beispiel bestimmte Eiweiße, häufiger bei Kranken auftreten als bei Gesunden. Diese Stoffe werden Marker genannt. Gleichzeitig prüfen sie, ob die gefundenen Marker mit anderen medizinischen Daten, wie zum Beispiel Bildern vom Gehirn, zusammenpassen. Wenn sie feststellen, dass bestimmte Marker typisch für Demenz oder andere Alterskrankheiten sind, könnten damit neue Tests entwickelt werden. So könnten Ärztinnen und Ärzte die Krankheit früher erkennen und entsprechend schneller mit einer passenden Behandlung anfangen. Insgesamt will das Forschungsteam mit diesem Projekt besser verstehen, welche Vorgänge im Körper bei Alter und Krankheit ablaufen und welche Veränderungen im Blut und in der Gehirnflüssigkeit dabei besonders wichtig sind. Das hilft nicht nur, neue Diagnosetests zu entwickeln, sondern gibt auch Ideen für bessere Therapiemöglichkeiten.
Das Ziel bei diesem Forschungsprojekt ist es, möglichst genau herauszufinden, wie und warum die Zellen, die das Gehirn schützen und versorgen, im Laufe der Zeit altern und was das für Krankheiten bedeutet. Die Forschenden benutzen dazu Stammzellen – diese können sich zu vielen verschiedenen Zellarten weiterentwickeln. Im Labor lassen sie diese Stammzellen zu wichtigen Hirnzellen auswachsen, wie zum Beispiel Endothelzellen, Astrozyten und Perizyten, die an der sogenannten Blut-Hirn-Schranke sitzen. Das ist eine Art Schutzwall zwischen unserem Blut und dem Gehirn. Die Wissenschaftlerinnen beobachten, wie sich diese Zellen im Laufe der Zeit verändern, wie sie auf Stress oder schädliche Einflüsse reagieren und welche besonderen Stoffe sie dabei bilden. Sie untersuchen auch, ob alte Zellen andere Zellen im Gehirn beeinflussen und ob es Medikamente gibt, die schädliche, alternde Zellen gezielt entfernen können. Diese Medikamente heißen Senolytika. Besonders wichtig ist, wie sich die Kommunikation der Zellen untereinander im Alter verändert. Insgesamt möchten die Forschenden besser verstehen, wie es zu Krankheiten wie Demenz kommt und wie das Altern der Zellen dabei eine Rolle spielt. Sie hoffen, neue Wege zu finden, die Alterungsprozesse im Gehirn positiv zu beeinflussen, damit Menschen auch im hohen Alter gesund bleiben können oder Krankheiten besser behandelt werden.
Das Altern der Blutgefäße ist ein wichtiger Grund dafür, dass ältere Menschen häufiger krank werden. In diesem Projekt erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deshalb, wie sich die Gefäße im menschlichen Körper und in Mäusen mit dem Alter verändern. Sie untersuchen mit modernen Methoden nicht nur große Gefäße wie die Aorta, sondern auch kleinere. Dabei interessieren sie sich besonders für den Bauplan der Zellen, also für die Gene, und wie diese Gene arbeiten, wenn die Gefäße jung oder alt sind. Dazu sammeln sie Proben von jungen und alten Mäusen, aber auch von Menschen, und analysieren, welche Gene besonders aktiv oder weniger aktiv sind. Im Labor prüfen sie dann, wie sich diese genetischen Veränderungen darauf auswirken, was die Zellen leisten: Können sich die Zellen noch teilen? Schützen sie die Gefäßwände ausreichend? Sind sie noch fit und versorgen das Gewebe gut? Die Forschenden beschäftigen sich auch damit, wie Veränderungen in den Gefäßen zusammenhängen mit der Barriere zwischen Blut und Gehirn, also der sogenannten Blut-Hirn-Schranke. Mit all den gewonnenen Erkenntnissen möchten sie herausfinden, warum ältere Menschen häufiger an Herz- oder Gefäßkrankheiten leiden und ob es Wege gibt, die Gefäße jung und gesund zu halten.
Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit einem bestimmten Zucker, welcher Sialinsäure genannt wird und von Zellen selber hergestellt werden kann. Vor allem an der Blut-Hirn-Schranke, dem Schutz zwischen Blut und Hirn, hat dieser Zucker eine wichtige Funktion. Die Forscherinnen und Forscher verändern nun im Labor, wie viel Sialinsäure eine Zelle herstellen kann. Sie beobachten, ob sich dadurch das Altern der Zellen und ihre Schutzfunktion verändert. Dazu messen sie, ob die Zellen länger jung bleiben, schneller altern oder ihre Durchlässigkeit zunimmt. Auch testen sie, ob die Zellen durch Zugabe von Sialinsäure oder Vorläuferstoffen besser geschützt sind, wenn sie alternden Einflüssen ausgesetzt werden. Zusätzlich vergleichen sie die Ergebnisse mit den anderen Projekten, um herauszufinden, ob das Vorhandensein von Sialinsäure helfen kann, Schutzbarrieren im Körper stabil zu halten. Ziel ist es, ganz neue Wege zu entdecken, wie man ältere Menschen vor schädlichen Stoffen im Blut schützen könnte. Die Forscherinnen hoffen, dass ihre Erkenntnisse dazu beitragen, altersbedingte Probleme im Gehirn in Zukunft verhindern oder zumindest abmildern zu können. Sie suchen auch nach Veränderungen, die man für neue Medikamente nutzen könnte. Ein besseres Verständnis dieses Zuckers könnte also wichtige Hinweise liefern, wie man Schutzbarrieren besonders bei älteren Menschen gezielt stärken kann.
In diesem Projekt wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler besser verstehen, warum unsere körpereigenen Reparaturmechanismen mit dem Alter schlechter funktionieren. Sie konzentrieren sich dabei auf sogenannte Stammzellen, die normalerweise dabei helfen, Schäden im Körper zu reparieren. Die Forscherinnen nehmen Stammzellen von jungen und alten Tieren sowie von Tieren mit speziellen genetischen Veränderungen. Im Labor bringen sie diese Stammzellen mit Gefäßzellen zusammen und beobachten, wie gut sie durch eine Schicht von Gefäßzellen hindurchkommen. Diese Schicht soll die Barriere in unserem Körper nachahmen, die die Blutgefäße normalerweise bilden. Dabei achten die Forschenden darauf, ob das Alter oder bestimmte Veränderungen es den Stammzellen schwerer machen, durch die Barriere zu gelangen. Sie untersuchen außerdem, ob die Barriere oder die Stammzellen im Alter typische Zeichen zeigen, dass sie älter geworden sind. Sie prüfen außerdem, wie sich die Ergebnisse unterscheiden, wenn sie Stammzellen aus unterschiedlichen Tiergruppen verwenden. Ein wichtiger Aspekt ist auch, ob die Stammzellen die Funktion der Barriere selbst beeinflussen. Erkenntnisse aus der Untersuchung könnten dabei helfen, gezielt Wege zu finden, mit denen die natürliche Reparaturfunktion des Körpers im Alter erhalten bleibt. Vielleicht lassen sich so neue Hilfen oder Therapien für ältere Menschen finden, damit ihr Körper auch im hohen Alter Schäden besser reparieren kann.
Mitglieder
Dr. rer. nat.
Matthias Jung
Sprecher & SP 2 – PI
Physiologische Chemie, UMH
Dr. med.
Annemarie Thäle
SP 1 – PI
Neurologie, UMH
Dr. troph.
Juliane-Susanne Jung
SP 5 – PI
Anatomie & Zellbiologie, UMH
Prof. Dr. med.
Markus Otto
SP 1 – Co-PI
Neurologie, UMH
Dr. rer. nat.
Kaya Bork
SP 4 – Co-PI
Physiologische Chemie, UMH
Prof. Dr. nat.
Thomas Hollemann
SP 2 – Co-PI
Physiologische Chemie, UMH
Prof. Dr. med. Dr. rer. nat.
Claudia Grossmann
SP 3 – PI
Julius-Bernstein-Institut, UMH
Dr. rer. nat.
Astrid Gesper
SP 4 – PI
Physiologische Chemie, UMH