2010/11/09

Grundbegriffe der Biologie II


Der Medizinnobelpreis des Jahres Zweitausendundneun wurde für die Entdeckung des Enzymes Telomerase vergeben. Aus diesem Anlaß (ja, das steht schon eine Weile an, aber der kürzlich vergebene für das Jahr Zweitausendundzehn ist ohnehin keiner Erwähnung wert) soll hier mal der Blödsinn korrigiert werden, den viele Konsumenten der Hauptstrommedien von denen über Telomere und die Telomerase zu lernen können glauben.

Telomere sind in der Tat die Enden der Chromosomen. Das Enzym Telomerase ist in der Lage die zu verlängern und kommt in Tumorzellen in besonders großen Mengen vor. Das ist bereits alles, was an der Darstellung der Hauptstrommedien stimmt. Die Hauptstrommedien bezeichnen das Enzym als Jungbrunnenenzym. Spätestens da wird es unsinnig. Tatsächlich stellen manche Biotechnologen Telomerase bereits im großen Maßstab her, um sie Leichtgläubigen zu verkaufen. Aber was hättet ihr von mehr Telomerase?

Telomere bestehen aus der Wiederholungen der ewig gleichen Sequenz, die artspezifisch ist. Bei der Art Mensch ist das die Sequenz TTAGGG. Bei der Sequenz handelt es sich um eine Nucleotidsequenz, nicht etwa um eine Aminosäuresequenz wie man leider unsinnigerweis hin und wieder lesen muß. Bei Zellen in Zellkulturen hat man beobachtet, daß die Telomeren nach jeder Zellteilung kürzer wurden. Das muß auch so sein, weil die Replikation der Chromosomen nicht exakt mit dem ersten Nucleotidpaar beginnen und nicht exakt mit dem letzten Nucleotidpaar enden kann. Das wäre von einem Enzym, das einfach nur Naturgesetzen gehorcht und keine Entscheidungen treffen kann, zu viel verlangt. Bakterien lösten das Problem, indem sie ihr einzelnes Chromosom zu einem Ringmolekül zusammengeschlossen haben, das durchlaufen immer wieder und wieder repliziert wird. Mehrzellige Organismen müssen zu viele Gene weitergeben, um das Modell kopieren zu können. Darum lösen mehrzellige Organismen das Problem, indem sie alle Chromosomen mit Telomeren aus sich wiederholenden Sequenzen, die keine Gene enthalten, auf allen Enden versehen. Dadurch stört es nicht, wenn ein paar Nucleotidpaare oder sogar ein paar Wiederholungen der Telomersequenz verlorengehen. In der Zellkultur geschieht das so lange bis sich die Zellen nicht mehr weiter teilen können, weil ihnen die Telomersequenz als Anfangssignal fehlt. Daß den Zellen in der Zellkultur irgendwann die Teilungsfähigkeit verlorengeht, hat man bereits beobachtet lange bevor man die Telomere und die Telomerase und auch bevor man die Chromosomen kannte. Das konnte man leicht beobachten, weil die Teilungsfähigkeit bereits nach zehnmaligem Wechsel des Nährmediums eintrat und das ungefähr mit einer Teilung der kultivierten Zellen übereinstimmen sollte, zumindest bei Säugetierzellen. Das nannte man die Hayflick-Grenze, nach dem damaligen Rekordhalter in der Dauer der Säugetierzellkultur. Bei anderen Experimentatoren ging die Teilungsfähigkeit noch früher verloren. Darum war offensichtlich, daß die Zellkulturtechnik nicht perfekt war (ist sie auch heute nicht), und man versuchte die Zellkulturtechnik zu verbessern. Der nächste Rekord war fünfzig Zellteilungen beziehungsweise Nährmediumswechsel einer Zellkultur bevor deren Teilungsfähigkeit verlorenging. Das betrachtet man heute als die Hayflick-Grenze, obwohl manche Experimentatoren bereits sechzig Zellteilungen erreichen können wollen. Die Geschichte des Hayflick-Rekordes beweist uns bereits, daß Zellteilungsvorgänge in vivo, also im lebenden Organismus, anders ablaufen müssen als in vitro, also in der Zellkultur, und daß das wenig bis garnichts mit der Telomerase und den Telomeren zu tun hat. Trotzdem wird beides gerne in einem Zusammenhang und als füreinander ursächlich gesehen, natürlich hauptsächlich von biologischen Laien, zu denen leider auch viele Mediziner zählen, was selbstverständlich nicht so sein sollte.

In vivo kommen nur wenige Zellen in die Verlegenheit sich immer wieder teilen zu müssen. Das sind die Stammzellen. Andere Zellen erledigen währenddessen die Arbeiten, auf die sie selbst spezialisiert sind. Weil es für ein Lebewesen tödlich wäre, wenn sich eine Stammzelle nicht mehr teilen könnte (wäre die Teilung menschlicher Zellen auf fünfzig bis sechzig Teilungsvorgänge begrenzt, dann wäre jeder Mensch spätestens ein halbes Jahr nach seiner Geburt bereits tot), darum mußte sich die Natur etwas einfallen lassen, um die Telomere immer wieder zu regenerieren. Deswegen hat die Evolution die Telomerase hervorgebracht, die immer wieder Wiederholungen der Sequenz TTAGGG (beim Menschen, andere Sequenzen bei anderen Tieren) an die Enden der Chromosomen anbringt. Menschen haben individuëll unterschiedlich viele Wiederholungen der Sequenz in ihren Telomeren. Menschen aus langlebigen Familien besitzen tatsächlich mehr davon und Tumore, die ihren Träger überleben, haben es geschafft die für Stammzellen vorgesehenen Gene der Telomerase (sozusagen widerrechtlich) zu aktivieren. Eine Stammzelle kann sich jedoch bei jeder Telomerlänge noch weiter teilen, weil auch die Telomerase der Menschen mit kurzen Telomeren immer wieder die Nucleotidsequenz TTAGGG an die Telomere anfügt. Aber wieso sind dann ausgerechnet die längeren Telomere ein Hinweis auf Langlebigkeit? Die Antwort auf die Frage ist immerhin schon seit weit über zehn Jahren bekannt, wird jedoch ignoriert und zwar vor allem von denen, die gerne über die Telomerase berichten.

Außer den Telomeren enthalten menschliche Chromosomen (ebenso die Chromosomen anderer Tiere) noch weitere Stellen, auf denen keine Gene liegen. Dazu zählen die Centromere und von Chromosom zu Chromosom individuëll verteilte, lange, repetitive Sequenzen. Letztere entscheiden übrigens ganz wesentlich darüber mit wie ein genetischer Fingerabdruck aussieht. In gealterten Zellen werden außerdem Plasmide beobachtet. Weil Plasmide jedoch nur in Bakterien der Weitergabe genetischer Informationen dienen, hatte man sie als Hinweise auf Krankheitserreger verstanden. Deswegen wollte man selbige identifizieren. Dabei stellte sich jedoch heraus, daß die Zellen nicht von Krankheitserregern befallen waren, sondern die Plasmide aus repetitiven Sequenzen bestanden. Die Plasmide waren bei vorangegangenen Zellteilungen aus den Chromosomen herausgefallen und hatten sich dann zu ringförmigen Molekülen zusammengeschlossen, vielleicht hatten sie sich aus erst zu ringförmigen Molekülen verhaspelt und wurden darum herausgeschnitten. Eine gealterte tierische Zelle zeichnet sich also dadurch aus, daß sie, neben durch Oxidation entstandenen Stoffwechselprodukten, tierische Plasmide enthält. Sie enthält umso mehr tierische Plasmide, je älter sie ist. Sowohl die tierischen Plasmide als auch die Centromere als auch die Telomere als auch die anderen repetitiven Sequenzen dürfen nicht seitens der synthetisierenden Enzyme als Gene interpretiert werden, denn das wäre für den Zellstoffwechsel fatal. Aber ein Enzym kann die Entscheidung nicht treffen, es kann lediglich den Naturgesetzen gehorchen. Deswegen hat die Natur auch das Problem auf andere Weise gelöst. Sie hat für repetitive Desoxyribonukleïnsäuresequenzen ein Proteïn entwickelt, das sich auf solche draufsetzt, nicht mehr von dort verschwindet und so andere Enzyme am ablesen der Sequenz hindert. Das Proteïn nennt man Silent Information Regulator oder kurz SIR (das übrigens überhauptgarnichts mit dem Proteïn SIRT zu tun oder der SIRT-Proteïnklasse oder SIR-Proteïnklasse, der es angehört, das irgendwo in die Signaltransduktion gehört, mit der das Ablesen von Genen beginnt). Das Proteïn Silent Information Regulator muß also auf allen repetitiven Desoxyribonukleïnsäuresequenzen sitzen. Aber eine Zelle kann nur eine begrenzte Menge davon herstellen. Je älter eine Zelle ist, auf desto mehr tierische Plasmide muß das Proteïn verteilt werden. Für alte Zellen ist das ein Problem. Können sie nicht genug Silent Information Regulator für alle repetitiven Desoxyribonukleïnsäuresequenzen herstellen, dann versuchen die Zellen das Problem zu lösen, indem sie die Telomerase abschalten und die Telomere nicht mehr mit weiteren Wiederholungen der Nucleotidsequenz ergänzen. Konsequenterweise verkürzen sich also die Telomeren einer Zelle, nachdem sie (durch viele vorangegangene Zellteilungen) alt geworden ist.

Was würde nun passieren, wenn man tatsächlich die Produktion der Telomerase in alten Zellen wieder anwerfen oder zusätzliche Telomerase in die Zellen einbringen könnte? Zunächst würden tatsächlich die Telomere wieder verlängert werden. Deswegen hätte die Zelle nicht mehr genug Silent Information Regulator für alle repetitiven Desoxyribonukleïnsäuresequenzen. Also werden nicht mehr alle damit besetzt. Die neuen Telomerverlängerungen dürften als neueste dazugekommen sein, daher sind es am wahrscheinlichsten die, die nun für andere Enzyme lesbar werden. Die Sequenz TTAGGG und beliebige Kombinationen aus deren Wiederholungen (TAGGGT, AGGGTT, GGGTTA, GGTTAG, GTTAGG) werden ihn Ribonukleïnsäuresequenzen und schließlich in Aminosäuresequenzen umgesetzt, die als Müll in den Zellen herumschwimmen und zu unvorhersehbaren Effekten führen. Dadurch wird die Zelle nicht jünger, der ganze Organismus schon überhauptgarnicht, sondern die Zelle funktioniert lediglich schlechter. Hinweise darauf wie sich eine so manipulierte Zelle überhaupt verhalten wird, liefern uns bisher nur die bereits vorhandenen Zellen mit einem unnatürlich hohem Niveau an Telomerase. Das sind die Tumorzellen. Das sind sogar ausschließlich Tumorzellen. Laßt ihr euch also irgendwann in Zukunft mit zusätzlicher Telomerase ausstatten, dann laßt ihr euch lediglich über kurz oder lang mit zusätzlichen Tumoren ausstatten. Wer das als einen Jungbrunnen ansieht, dem kann ich (oder auch sonstwer) nicht mehr helfen.

1 Kommentar:

  1. Vielen Dank für deinen interessanten Beitrag. Auf jeden Fall hat hier wirklich einmal jemand Ahnung von der Materie. Nur in einem Punkt kann ich mit Dir nicht übereinstimmen. Es ist keinesfalls so, dass durch die Verlängerung der Telomerase dann funktionslose Aminosäuren herumschwimmen, denn die Regulation der Gene ist weit komplizierter. Da gibt es Startsequenzen und Stopsequenzen und da diese bei der TElomersequenz nicht vorhanden ist, kann es auch dazu nicht kommen.

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