Die Rolle der Methylierung im Alterungsprozess und bei Krankheiten

Alterung ist ein grosser Faktor, der das Risiko für ernsthafte Gesundheitsprobleme erhöht. Krankheiten wie Herzkrankheiten, Krebs und Typ-2-Diabetes (T2D) hängen oft mit dem Älterwerden zusammen. Eine Art, wie unser Körper Alterung zeigt, sind Veränderungen in unserer DNA, die beeinflussen, wie Gene exprimiert werden. Diese Veränderungen, bekannt als epigenetische Veränderungen, umfassen Verschiebungen der Methylierungslevels an bestimmten Stellen in unserer DNA. Wissenschaftler haben Werkzeuge entwickelt, die epigenetische Uhren genannt werden und das biologische Alter einer Person basierend auf diesen Veränderungen schätzen können. Einige Gewohnheiten, wie Rauchen und unausgewogene Ernährung, können den Alterungsprozess, der durch diese Uhren angezeigt wird, beschleunigen. Sogar Stress kann zu einem schnelleren Anstieg des biologischen Alters führen, aber sich von Stress zu erholen, kann diese Auswirkungen umkehren. Interessanterweise haben Studien an verschiedenen Altersgruppen, besonders in gemeinsamen Blut-Systems, gezeigt, dass ältere und jüngere Gewebe sich gegenseitig beeinflussen und das biologische Alter senken können, obwohl die Gründe für diese Veränderungen noch nicht ganz verstanden sind.

#Die Epigenetische Theorie der Alterung

Die epigenetische Theorie schlägt vor, dass der Verlust epigenetischer Informationen zu Veränderungen in der Genexpression führen kann, was dazu führen kann, dass Zellen nicht mehr richtig funktionieren und schliesslich aufhören, richtig zu arbeiten. Dieser Informationsverlust könnte ein treibender Faktor bei der Alterung sein. Während einige Forschungen diese Idee unterstützen und zeigen, dass jüngere Genexpressionsmuster mit dem Alter abnehmen, sind andere Studien weniger klar. Dennoch zeigt die Untersuchung einzelner Zellen, dass Veränderungen in der Genregulation häufig sind, je älter wir werden.

#Medizinische Diagnose und Methylierungsmuster

Traditionell diagnostizieren Ärzte Gesundheitsprobleme basierend auf Symptomen und bekannten Krankheiten. Es gibt spezifische Muster in der DNA-Methylierung, die auf bestimmte medizinische Zustände hinweisen können, aber diese Muster werden normalerweise beobachtet, indem Gruppen von Menschen mit bekannten Gesundheitsproblemen verglichen werden. Jüngste Forschungen haben ergeben, dass die Art und Weise, wie sich bestimmte Gewebe mit dem Alter in ihren Methylierungsmustern verändern, bestimmte Krankheiten wie chronische Nierenerkrankungen (CKD), Lebererkrankungen und T2D sowie Schäden durch Sonnenexposition in der Haut vorhersagen kann. Wichtig ist, dass diese Veränderungen nicht zufällig sind; stattdessen deuten sie auf einen gemeinsamen Verlust epigenetischer Informationen in verschiedenen Geweben hin, was auf ein gemeinsames Merkmal bei vielen Krankheiten hindeutet.

#Einzigartige Methylierungsstellen in Geweben finden

Diese einzigartigen Methylierungsstellen zu identifizieren, kann kompliziert sein, da sie je nach Krankheiten und Geweben variieren können. Forschungen haben gezeigt, dass spezifische Stellen in Nierengeweben immer auf ein gemeinsames Muster hindeuten, je schlimmer CKD wird. Durch die Analyse eines grossen Datensatzes über verschiedene Gewebe entdeckten die Forscher, dass viele Gewebe einzigartige Methylierungsmuster aufweisen. Zum Beispiel hatten von 30 untersuchten Geweben 23 einzigartige Stellen, wobei die Plazenta die höchste Anzahl dieser Stellen zeigte.

#Mappings von Methylierungsstellen in Bezug auf CKD

Bei der Untersuchung von Nierengeweben zeigten einzigartige Methylierungsstellen eine starke Verbindung zum Fortschreiten von CKD. Die Forscher verwendeten eine Technik namens Hauptkomponentenanalyse (PCA), um Proben basierend auf ihren Krankheitslevels visuell zu trennen. Diese Analyse deutete darauf hin, dass einzigartige Methylierungsstellen als zuverlässige Marker zur Untersuchung der Nierengesundheit dienen könnten.

#Verlust epigenetischer Informationen bei anderen Krankheiten

Methylierungsmuster, die sich in der Leber ändern, können auch auf einen Verlust epigenetischer Informationen hinweisen. Die Leber ist bekannt für ihre Fähigkeit zu heilen, was sie möglicherweise weniger anfällig für altersbedingte Veränderungen macht. Doch mit dem Alter neigt die Leberfunktion dazu, abzunehmen, und die Verbindung zwischen Alter und Schwere der Lebererkrankung wird deutlich. Die Forscher überprüften eine Kombination von Leberkrankheitsproben und beobachteten auffällige Muster von Methylierungsänderungen, die mit verschiedenen Leberkrankheiten wie nicht-alkoholischer Fettlebererkrankung (NAFLD) und anderen verbunden sind. Sie fanden, dass viele leberspezifische Methylierungsstellen eine Tendenz zeigten, zu einem gemeinsamen Muster zurückzukehren, was auf Fortschritte der Krankheit hindeutet.

Interessanterweise zeigte die Analyse zwischen gesunden und kranken Lebergeweben keine klare Trennung allein nach dem Alter; vielmehr schien das Geschlecht eine bedeutende Rolle in diesen Ergebnissen zu spielen.

#Methylierungsänderungen bei Typ-2-Diabetes

Im Fall von Typ-2-Diabetes ist die Bauchspeicheldrüse stark betroffen. Die Forscher untersuchten die Methylierungsmuster in Bauchspeicheldrüsenproben von Diabetikern und gesunden Individuen und fanden heraus, dass viele Stellen von den erwarteten Normen im Diabetes abwichen. Dies deutete auf robuste Veränderungen in der Bauchspeicheldrüse im Zusammenhang mit Diabetes hin. Die Studie untersuchte auch die Rolle von Fettgeweben (Adipozyten) bei Diabetes und stellte fest, dass alte Methylierungsmuster im viszeralen Fett (VAT) signifikante Erhöhungen bei T2D-Patienten zeigten, während das subkutane Fett (SAT) weniger Veränderung zeigte.

#Autismus und Methylierung

Autismus ist eine Entwicklungsstörung, die hauptsächlich die soziale Interaktion und Kommunikation betrifft, mit Symptomen, die in der frühen Kindheit auftreten. Die Forscher untersuchten, ob ein Verlust epigenetischer Informationen bei Menschen mit Autismus auftritt. Das Gehirn hat viele einzigartige Methylierungsstellen, aber bei der Analyse zeigten diese Stellen nicht die gleichen signifikanten Muster des Informationsverlusts wie bei Leber- und Nierenerkrankungen beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass Informationsverlust in der Methylierung nicht universell auf alle Bedingungen anwendbar sein könnte.

#Auswirkungen von Umweltstress auf Methylierung

Die Haut wirkt als Barriere gegen äussere Stressfaktoren, einschliesslich Sonnenlicht. UV-Strahlung verursacht Veränderungen, die als Photoalterung bekannt sind. Studien untersuchten, ob Umweltstress, wie Sonnenexposition, Veränderungen in der Methylierung induziert. Beim Vergleich von sonnenexponierten und sonnengeschützten Hautproben fanden die Forscher Hinweise auf Informationsverlust, insbesondere in der Epidermis (äussere Schicht) der Haut.

#Alterung und epigenetische Veränderungen

Die epigenetische Theorie der Alterung behauptet, dass der Verlust epigenetischer Informationen zur Alterung beiträgt. Mit dem Alter nimmt die Funktion verschiedener Gewebe ab, was der Verschlechterung ähnelt, die bei mehreren Krankheiten zu beobachten ist. Die Studie untersuchte, ob besondere Methylierungssignaturen während des Alterns verloren gehen, insbesondere in Gehirn- und Darmschleimhaut. Sie fanden heraus, dass bestimmte einzigartige epigenetische Signaturen mit dem Alter abnehmen, was einen Zusammenhang zwischen Alterung und Methylierungsänderungen hervorhebt.

#Analyse gewebespezifischer Methylierung

Um herauszufinden, wie einzigartige Methylierungsstellen funktionieren, führten die Forscher weitere Analysen durch. Sie fanden heraus, dass diese Stellen oft mit gewebespezifischen Enhancern übereinstimmen, die für die Genregulation entscheidend sind. Mit dem Fortschreiten bestimmter Krankheiten neigen diese Stellen dazu, mehr methyliert zu werden, was möglicherweise zu einer grösseren Ähnlichkeit zwischen dem Profil des Gewebes und dem anderer Gewebe im Körper führt.

#Zelltyp und Methylierungsänderungen

Die Forscher schauten auch, ob Methylierungsänderungen innerhalb spezifischer Zelltypen auftreten. Eine Analyse von Gehirnproben zeigte, dass während Neuronen eine Regression zum Mittelwert zeigten, gliale Zellen diesem Trend nicht folgen. Tatsächlich zeigten gliale Zellen eine Divergenz vom Mittelwert, was darauf hindeutet, dass verschiedene Zelltypen unterschiedlich auf Alterung und Gesundheitszustände reagieren.

#Diagnostisches Potenzial von Methylierungsdaten

Mit den beobachteten Veränderungen in den Methylierungsmustern betrachten die Forscher deren Potenzial zur Diagnose von Krankheiten. Sie waren in der Lage, zwischen gesunden und kranken Organen mit hoher Genauigkeit nur durch die Analyse von Methylierungsdaten zu unterscheiden. Dies deutet darauf hin, dass Methylierungsdaten wertvolle Einblicke in den Zustand verschiedener Organe bieten können, was möglicherweise bei früherer Diagnose und Behandlungsempfehlungen hilfreich sein kann.

#Einschränkungen und Zukunftsperspektiven

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse hatte die Forschung Einschränkungen. Sie konzentrierte sich hauptsächlich auf Bulk-Gewebeproben, was nuancierte Veränderungen, die auf zellulärer Ebene auftreten, verdecken könnte. Zum Beispiel könnten Veränderungen in spezifischen Zelltypen nicht entdeckt werden, weil sie von abundanteren Zelltypen überlagert werden könnten. Darüber hinaus sind langfristige Studien, die untersuchen, wie sich die Methylierungsmuster eines Individuums im Laufe der Zeit verändern, notwendig, um tiefere Einblicke in den Verlust epigenetischer Informationen zu erhalten.

#Fazit

Zu verstehen, wie Alterung und Krankheiten unsere DNA durch Methylierungsmuster beeinflussen, bringt frische Perspektiven in Bezug auf Gesundheit und Langlebigkeit. Vom chronischen Krankheiten bis hin zu Umweltstressoren malt der Verlust epigenetischer Informationen ein besorgniserregendes Bild davon, wie unsere Körper sich im Laufe der Zeit anpassen. Fortlaufende Forschung ist entscheidend, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu entschlüsseln und zu erforschen, wie dieses Wissen zu Innovationen in der Krankheitsprävention und -behandlung führen könnte.