Das Epigenom spielt eine wichtige Rolle beim Altern. Das Epigenom bestimmt, welche Gene ein- oder ausgeschaltet werden.
Mit zunehmendem Alter wird das Epigenom immer stärker dysreguliert, was dazu führt, dass Gene eingeschaltet werden, die ausgeschaltet sein sollten, wie krebs- oder entzündungsfördernde Gene. Und umgekehrt: Das Altern führt dazu, dass Gene ausgeschaltet werden, die eingeschaltet sein sollten, wie Reparatur- oder Haushaltsgene.
All diese Aktivierung der falschen Gene und das Stummschalten guter, gesunder Gene führt dazu, dass unsere Zellen weniger gut funktionieren. Angesichts der Bedeutung des Epigenoms für den Alterungsprozess wollen wir uns das Epigenom etwas genauer ansehen.

Was ist das Epigenom?

Das Epigenom besteht aus drei „Schichten“ oder Teilen:

Eine Möglichkeit, wie das Epigenom Gene ausschalten kann, ist die Methylierung. Ein Gen ist ein Teil unserer DNA. Wenn Methylgruppen an die DNA gebunden werden, wird ein Gen ausgeschaltet. Methylgruppen sind kleine Moleküle (bestehend aus einem Kohlenstoffatom und drei Wasserstoffatomen). Wenn ein Gen von vielen Methylgruppen bedeckt ist, kann die zelluläre Maschinerie (bestimmte Proteine) dieses Gen nicht mehr erreichen, um es in Proteine zu übersetzen (Proteine sind die Bausteine und die Maschinerie unserer Zellen). Die DNA-Methylierung kann auch Gene einschalten, indem ein Gen oder ein Bereich der DNA methyliert wird, der sonst ein anderes Gen ausschalten würde.

Histon

Histone sind kleine Proteinkugeln, um die unsere DNA-Stränge gewickelt sind. Genau wie Garn auf einer Spule oder einem Garnrollen aufgewickelt ist, sind Histone die Proteine, um die DNA-Stränge gewickelt sind. Wenn DNA-Stränge fest um Histone gewickelt sind, kann die Genlese-Maschinerie nicht auf die Gene zugreifen, die Teil dieser DNA sind, wodurch diese Gene effektiv stummgeschaltet oder inaktiviert werden.

Chromatin

Chromatin ist die gesamte DNA in unserer Zelle. So sieht die DNA aus, wenn man den Zellkern betrachtet – der Kern enthält die DNA. Die DNA auf Chromatinebene ist auf bestimmte Weise kondensiert (eingewickelt). Sie kann beispielsweise Chromosomen bilden, die große Strukturen aus kondensierter DNA sind.

Die Organisation des Epigenoms ist eine sehr beeindruckende Leistung. Der DNA-Strang in unseren Zellen ist etwa 2 Meter lang! Ein 2 Meter langer DNA-Strang muss also so gefaltet werden, dass er in einen winzigen Zellkern mit einem Durchmesser von nur 10 Mikrometern (ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter) passt.
Durch das Aufrollen der DNA um Millionen von Histonen und die anschließende Organisation dieser Histone und Stränge schaffen es unsere Zellen jedoch, 2 Meter DNA in den winzigen Zellkern zu packen. Darüber hinaus können unsere Zellen diese gesamte DNA bei jeder Zellteilung mit relativ wenigen Fehlern duplizieren und so mit jeweils 2 Metern DNA zwei neue Zellen erzeugen.
Würden wir die DNA aus all unseren Körperzellen (etwa 40 Milliarden Zellen) entwirren und diese DNA zu einem einzigen großen Strang zusammenfügen, würde dieser etwa 108 Milliarden Kilometer lang sein, was dem doppelten Durchmesser unseres Sonnensystems entspricht. Wir enthalten eine Menge DNA!
Das Epigenom ist für das reibungslose Funktionieren unserer Zellen von großer Bedeutung.
Schließlich haben alle unsere Zellen die gleiche DNA (mit Ausnahme der roten Blutkörperchen, die keinen Zellkern mit DNA haben).
Obwohl unsere Zellen also alle die gleiche DNA haben, gibt es in unserem Körper etwa 200 verschiedene Zelltypen, wie Muskelzellen, Neuronen, Darmzellen, Leberzellen, Hautzellen und so weiter.
Alle diese Zellen enthalten die gleiche DNA oder den gleichen Satz von Anweisungen zum Aufbau von etwa 20.000 verschiedenen Proteinen, die die meisten Funktionen der Zelle ausführen.
Mit anderen Worten: Eine Leberzelle ist eine Leberzelle und keine Muskel- oder Nervenzelle, obwohl sie dieselbe DNA und dieselben Gene besitzt.
Eine Leberzelle ist eine Leberzelle, weil das Epigenom alle Gene abschaltet, die die Leberzellen nicht benötigen, wie Herzzell- oder Magengene und Tausende anderer Gene.
Das Gleiche gilt für andere Zellen. Das Epigenom in Hautzellen sorgt dafür, dass die Gene der Hautzellen aktiv sind, während das Epigenom in Gehirnzellen die gehirnbezogenen Gene aktiviert (und die haut-, darm- oder leberbezogenen Gene ausschaltet).
Das Epigenom bestimmt also die Identität jeder Zelle und damit auch ihr Schicksal.
Schließlich leben einige Zellen viel länger als andere Zellen. So können beispielsweise Gehirnzellen so alt werden wie ein Mensch, also 80 Jahre oder älter, während eine Hautzelle nur etwa 4 Wochen lebt. Und das, obwohl Gehirnzellen und Hautzellen die gleiche DNA haben! Das Epigenom bestimmt nicht nur, wie Zellen aussehen, sondern auch ihre Lebensdauer und ihr Schicksal.

Altern und das Epigenom

Angesichts der enormen Menge an (straffer) Organisation des Epigenoms ist es nicht überraschend, dass dieses System im Laufe der Jahre unseres Lebens immer mehr aus dem Gleichgewicht gerät und zum Altern beiträgt.
Diese Dysregulation des Epigenoms führt dazu, dass „schlechte“ Gene aktiviert werden, die normalerweise ausgeschaltet sein sollten, wie krebsfördernde Gene (die das Krebsrisiko mit zunehmendem Alter erhöhen), entzündungsfördernde Gene und andere Gene, die die ordnungsgemäße Funktion der Zellen beeinträchtigen.
Das Gegenteil passiert auch: Während des Alterns werden „gute“, nützliche Gene ausgeschaltet, wie Reparaturgene, Haushaltsgene, entzündungshemmende Gene und viele andere Gene, die unsere Zellen gesund und jung halten.

DNA-Schäden und epigenetische Dysregulation

Es ist möglich, dass DNA-Schäden (eine weitere Ursache des Alterns) auch eine epigenetische Dysregulation verursachen können.
Wenn unsere DNA beschädigt ist, muss das Epigenom den beschädigten DNA-Strang entwirren, damit Proteine auf die DNA zugreifen und sie reparieren können. Denken Sie daran, dass der Großteil der DNA aufgewickelt ist, sodass sie abgewickelt oder gelockert werden muss, damit verschiedene DNA-Reparaturproteine die beschädigte Stelle erreichen und den Schaden beheben können.
Dies führt dazu, dass das Epigenom weniger gut erhalten bleibt, da die an der DNA-Reparatur beteiligten Proteine auch das Epigenom erhalten. Wenn diese Proteine jedoch damit beschäftigt sind, die DNA-Schäden abzuwickeln und zu reparieren, können sie das Epigenom nicht erhalten.
Außerdem kehren diese an der DNA-Reparatur (und der epigenetischen Erhaltung) beteiligten Proteine nicht immer ordentlich an ihre regulären Plätze zurück, um das Epigenom ordnungsgemäß zu erhalten , was zu einer weiteren Verschlechterung des Epigenoms führen könnte .
In einer Studie wurden Mäuse genetisch so verändert, dass sie viele Doppelstrangbrüche (eine schwere Form von DNA-Schäden) aufwiesen. Alle ihre Doppelstrangbrüche wurden jedoch schnell repariert. Dennoch alterten sie viel schneller und sahen viel älter aus als normale Mäuse. Und das, obwohl sie ein „intaktes“, unbeschädigtes Genom hatten. Die Forscher spekulieren, dass DNA-Schäden nicht direkt zum Altern führen (die DNA der Mäuse ist intakt), sondern dass die epigenetische Dysregulation, die auf DNA-Schäden folgt, dafür verantwortlich ist .
Dies könnte auch erklären, warum wir alle ziemlich „ähnlich“ altern, obwohl jeder Mensch Mutationen in verschiedenen Teilen seiner DNA haben kann, die zu ganz unterschiedlichen Arten des Alterns führen können. Es ist nicht so, dass manche Menschen 200 Jahre alt werden oder sehr unterschiedlich altern können (z. B. für ihr Alter extrem jung oder alt aussehen). Vielleicht ist es nicht so sehr der DNA-Schaden, der für das Altern wichtig ist, sondern die epigenetischen Folgen, die dieser Schaden hat, da große Teile unseres Genoms gestört werden, wenn die DNA nicht mehr richtig gefaltet und epigenetisch erhalten wird.

Schlussfolgerung

Was auch immer die Ursachen sein mögen, eine Fehlfunktion des Epigenoms trägt wesentlich zum Altern bei.
Glücklicherweise gibt es verschiedene Substanzen, die dazu beitragen können, das Epigenom besser zu erhalten, und Wissenschaftler erforschen Möglichkeiten, das Epigenom neu zu programmieren, um es in einen jüngeren, jugendlicheren Zustand zu versetzen.