Jungbrunnen-Enzym des Menschen ganz groß: Erste Nahaufnahmen von Telomerase

Jungbrunnen-Enzym des Menschen ganz groß: Erste Nahaufnahmen von Telomerase
Mehrere Ansichten der Telomerase-Struktur, die RNA-Rückgrat in blau, assoziierte Proteine in orange und rot und das Herz des Enzyms, eine reverse Transkriptase, in grün zeigt.
Forscher haben es endlich geschafft, eine detaillierte Struktur von dem Wunderenzym Telomerase bildlich dank der Kryo-Elektronenmikroskopie darzustellen. Ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von wirksamen Therapien gegen Krebs und Alterungsprozesse.

Gene befinden sich in den Zellkernen jeder menschlichen Körperzelle. Sie sind das Rezept für die Herstellung von Proteinen und somit ein sehr wichtiger Teil für die Merkmalsausbildung eines Menschen. Entlang der DNA sind die Gene als sogenannte Chromosomen angeordnet. Unterschiedliche Chromosomenabschnitte übernehmen dabei unterschiedliche Funktionen.

Symbolbild: Angestellte des Gesundheitsamts tragen den Körper eines vermeintlichen Ebola-Opfers in Freetown, Sierra Leone, 21. Dezember 2014.

DNA-Abschnitte an den Chromosomenenden nennt man Telomere. Dabei handelt es sich um sogenannte „leere“ Gensequenzen. Sie übernehmen keine körperlichen Funktionen, bis auf den Schutz der Teile der Chromosomen, an die sie sich anschließen: die codierenden Teile der DNA. Sie sind die Bausteine, die alle Körperfunktionen und Stoffwechselprozesse des Körpers regulieren. Wenn diese Abschnitte verloren gehen, können Zellen nicht mehr ihr Leistungssoll erbringen. Als Konsequenz altern und sterben sie.

Mit jeder Zellteilung geht ein Stück an DNA verloren. Das liegt daran, dass bei der Replikation der DNA die dafür zuständigen Enzyme nicht an den Enden der Chromosomen andocken, um sie zu vervielfältigen. Sondern sie suchen sich bestimmte Abschnitte, die strukturell chemische Wechselwirkungen mit „passenden“ Gegenstücken zulassen.

Ohne Telomere würde sich der Hauptteil eines Chromosoms — der Teil, der lebensnotwendige Gene enthält — bei jeder Teilung verkürzen. Telomere ermöglichen also den Zellen sich zu teilen, ohne genetische Informationen zu verlieren.

Die Zellteilung ist dabei notwendig für die Erneuerung der Haut, die Bildung neuer Blutkörper, Knochen und anderer Zellen. Doch bei jeder Teilung verliert eine Zelle durchschnittlich zwischen 30 und 200 Basenpaare – DNA-Bausteine – am Ende ihrer Telomere. Normalerweise durchlaufen Zellen zwischen 50 und 70 Teilungen. Und die Telomere verkürzen sich dabei immer weiter, bis die Zelle schließlich vergreist oder abstirbt.

Ein Wunderenzym wirkt der Zellalterung entgegen

Wie ein genetischer Heimwerker repariert ein Wunderenzym in bestimmten Zellen die verkürzten Enden der Chromosomen. Das Enzym namens Telomerase fügt am Ende der Telomere DNA-Bausteine hinzu. Bei jungen Zellen verhindert Telomerase, dass sich die Telomere zu stark abnutzen. Da sich die Zellen aber ständig aufs Neue teilen, ist nicht genügend Telomerase vorhanden, um möglichst keine Verluste einzufahren.

Von Geburt an sollten Eltern ihr Kind um Zustimmung bitten. In so etwa lässt sich das Konzept der Pädagogin erklären, das nun heftige Reaktionen in den sozialen Medien hervorrief.

Die Entdeckung der Telomerase im Jahr 1984 brachte einem Biologen-Team im Jahr 2009 den Nobelpreis für Medizin ein. Seitdem haben Wissenschaftler Verbindungen zwischen der Aktivität des Enzyms und Krebs, Alterung sowie Erbkrankheiten hergestellt.

Denn auch Krebszellen koppeln ihre Replikation an das Enzym Telomerase. So könnte durch die Zuführung von Telomerase Zellalterung zwar gestoppt werden. Doch so entstünde auch das Risiko, dass mutierte und karzinogene Zellen ebenso schnell vervielfältigt werden würden.

Die Entwicklung von wirksamen Therapien litt lange unter einer fehlenden detaillierten Momentaufnahme des Enzyms. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass der Körper nur sehr geringe Dosen von dem Enzym produziert. Um eine Konzentration des Enzyms zu erhalten, die für Forschungszwecke hoch genug ist, müsse man laut Biotechnologen Tausende und Abertausende von Platten menschlicher Zellen züchten, um genug Telomerase zu sammeln, mit der sie arbeiten können.

Erste Nahaufnahme der Telomerase

Jetzt haben Forscher es endlich geschafft, eine detaillierte Struktur von dem Wunderenzym bildlich darzustellen. Die Strukturbiologin Kelly Nguyen und ihre Kollegen haben sich der Kryo-Elektronenmikroskopie bedient. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, durch welches sich die Struktur der Telomerase mit einer mikroskopischen Auflösung von 0,7 bis 0,8 Nanometern darstellen lässt. Zum Vergleich: unter einem normalen Lichtmikroskop lassen sich nur Strukturen bis zu einer Größe von 500 Nanometern auflösen.

Man kann sich jeden möglichen Schritt in diesem Prozess als ein mögliches therapeutisches Ziel vorstellen. Je mehr Sie wissen, wie die Maschine zusammengesetzt ist, desto mehr können Sie sich vorstellen, wie Sie einen Stau in die Maschine bringen können.", erklären die Forscher.

Die Aufklärung über die Struktur des Enzyms bietet möglicherweise Einblicke in Wege, Krebs zu bekämpfen. Außerdem ist es nun möglich, genetische Krankheiten zu verstehen, die durch fehlerhafte Versionen des Enzyms verursacht werden. Es wird sogar darüber spekuliert, die Zellalterung irgendwann vollständig aufzuhalten. Dafür sind jedoch noch viele weitere Studien zu Telomerase und deren Aufbau erforderlich.

 

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