[...] Immer noch wird unerbittlich geforscht,
um letztendlich eine Antwort auf die Frage zu finden, warum
Zellen, Organe und Organismen ihre Funktionen mit den Jahren
einschränken und schließlich sterben. Kapitel 2 – „Altern“ - gibt einen
Einblick in die unterschiedlichsten und gängigsten Alternstheorien,
die nicht nur die Mechanismen des Alterns erklären wollen, sondern
auch nach dem biologischen Sinn dieses Prozesses fragen. Von
vielen Wissenschaftlern wird immer noch behauptet, das Altern sei
eine Krankheit, die man in naher Zukunft vielleicht sogar heilen kann.
Zu dieser Aussage werde ich am Ende der Arbeit Stellung nehmen.
Im Hauptteil dieser Arbeit soll eine Theorie auf der Ebene der
Zellen und ihrer molekularen Struktur näher betrachtet werden. Dabei
handelt es sich um die Telomerhypothese des zellulären Alterns
nach HARLEY und deren Erweiterung nach VON ZGLINICKI. Sie räumt
den Telomeren (die Chromosomen-Endstücke), die sich mit jeder Replikation verkürzen, eine entscheidende Rolle im Alterungsprozess
der Zelle und somit auch des Gesamtorganismus’ ein.
Kapitel 3 - „Zellalterung und Telomere“ - soll zunächst den geschichtlichen
Hintergrund aufdecken und erklären, warum Telomere überhaupt
mit dem Alterungsprozess in Verbindung gebracht worden
sind. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden Struktur und Funktion
der Telomere und des Enzyms Telomerase nach dem heutigen Wissensstand
erläutert, um die Grundlagen für das Verständnis der
Hypothesen zu formen.
In Kapitel 4 - „Altern und Telomere“ - werden die aktuellen
Theorien und Hypothesen hinsichtlich der Telomere und des Alterns
vorgestellt. Hier soll die tatsächliche Relevanz der Telomere für den
Alterungsprozess aufgedeckt werden. Spielen tatsächlich intrazelluläre
Aspekte, die man vorher völlig ausschloss, die Hauptrolle im
Alterungsprozess, oder ist die so offensichtliche Verknüpfung von
Telomeren, Zellalterung und Altern als Prozess schlussendlich doch
hinfällig und bedeutungslos? Interessant ist auch die Frage, ob die
Telomere selbst wirklich entscheidenden Einfluss auf den Prozess
der Zellalterung nehmen und welche Funktion sie tatsächlich erfüllen,
wenn dem nicht so ist. In der Folge wird versucht, die teilweise theoretischen
Hypothesen, auf den tatsächlichen biologischen Alterungsprozess
(meist am Beispiel des Menschen) zu übertragen. Abschließend
zeigt Kapitel 4 einige alternative funktionelle Aspekte der
Telomere, im Zusammenhang mit diversen, insbesondere altersbedingten
Krankheiten auf.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Altern
2.1 Ist Altern biologisch sinnvoll?
2.2 Alternstheorien
2.2.1 Evolutionäre Alternstheorien
2.2.2 Stochastische Alternstheorien
2.2.3 Genetisch basierende Alternstheorien
2.2.4 Alternstheorien im Überblick
3. Zellalterung und Telomere
3.1 Das Märchen von den unsterblichen Zellen
3.2 Hayflick und Moorhead
3.2.1 Maximale Teilungskapazität einer Zellkultur
3.2.2 Dirty Old Man Experiment
3.2.3 Experimentelle Lokalisation des Replicometers
3.2.4 Das Hayflick-Limit
3.3 Das Endreplikationsproblem
3.3.1 Olovnikov und die „Marginotomy Theory of Ageing“
3.3.2 Das Endreplikationsproblem heute
3.4 Telomere
3.4.1 Tetrahymena thermophila
3.4.2 Die Ermittlung der ersten Telomersequenz
3.4.3 Die humane Telomersequenz
3.5 Das Enzym Telomer-Terminal-Transferase
3.6 Funktion und Struktur der Telomere
3.6.1 D-Loop/t-Loop am Ende der Telomere
3.6.2 Strukturelle Proteine der Telomere
4. Telomere und Altern
4.1 Aktuelle Hypothesen
4.1.1 Die Telomer-Hypothese des zellulären Alterns
4.1.2 Erweiterung der Telomer-Hypothese des zellulären Alterns
4.1.3 Telomer-Hypothese der Vererbung von Langlebigkeit
4.1.4 Genetische Faktoren zellulärer Seneszenz
4.2 Übertragbarkeit der Hypothesen auf das Altern in vivo
4.3 Telomere, Telomerase und (altersbedingte) Krankheiten
4.3.1 Telomere, Telomerase und Krebs
5. Diskussion
6. Zusammenfassung
7. Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Phänomen des Alterns aus biologischer Sicht, mit einem besonderen Fokus auf die molekularen Vorgänge auf zellulärer Ebene. Das primäre Ziel ist die Analyse der Telomerhypothese des zellulären Alterns und deren Erweiterung durch den Einfluss von oxidativem Stress, um zu bewerten, inwieweit zelluläre Alterungsprozesse für das Altern des Gesamtorganismus verantwortlich gemacht werden können.
- Biologische Grundlagen des Alterns und die evolutionären Hintergründe
- Mechanismen der Zellalterung, insbesondere die Rolle der Telomere
- Die Telomerhypothese des zellulären Alterns nach Harley und deren Erweiterung nach von Zglinicki
- Die Bedeutung von Telomerase und Telomeren bei altersbedingten Krankheiten und Krebs
Auszug aus dem Buch
3.1 Das Märchen von den unsterblichen Zellen
Bereits im Jahr 1881 spekulierte der deutsche Biologe AUGUST WEISMANN, dass ein „abgenutztes“ Gewebe sich nicht unendlich erneuern könne. Er ging davon aus, dass Zellen eine begrenzte Teilungsrate haben. Seine Vermutungen gerieten aber bald in den Hintergrund, da eine andere Hypothese sich durchsetzte (nach SHAY & WRIGHT, 2000). Der französische Chirurg und Nobelpreisträger ALEXIS CARREL hatte 1912, unter Mitarbeit von ALBERT EBELING, damit begonnen Fibroblasten (Bindegewebszellen) aus Hühnerherzen zu kultivieren. Nach Aussage der Forscher wuchs die Zellkultur über 34 Jahre an und teilte sich kontinuierlich. Nach dieser Zeitspanne wurde die Kultur von den Forschern absichtlich beendet.
Dieses Ergebnis führte zu der Vermutung, dass Zellen von Vertebraten in der Lage sind, sich in vitro undefinierbar oft zu teilen (LUCZAK, 1986; nach SHAY & WRIGHT, 2000). Die Bedeutung dieser Aussage „liegt in der Schlussfolgerung, dass entweder die Art der gezüchteten Zellen keine Rolle für die Alterungsphänomene spielt, oder dass Altern auf Veränderungen beruht, die sich auf suprazellulärer Ebene abspielen“ (HAYFLICK, 1976, S. 53). Wäre es tatsächlich so, dass keine intrazellulären Prozesse für Alterungsphänomene verantwortlich wären, dann hätten in vitro angesetzte Zellkulturen eine wesentlich längere Lebenserwartung als Zellen in vivo, da man davon ausging, dass suprazelluläre Prozesse die Zellen in vivo schädigen. Jedoch konnte dieses Ergebnis nie bestätigt werden. Alle Beobachtungen an normalen Zellkulturen vorher und nachher zeigen, dass die Kulturen nach einer gewissen Zeitspanne schließlich absterben; egal wie günstig das Milieu für sie ist. Die Ergebnisse von CARREL sind angeblich die einzige Ausnahme, bei der sich die Zellen unendlich vermehren, seit der Entwicklung von ROSS HARRISON 1907, Zellen in vitro zu kultivieren (nach HAYFLICK, 2003).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik des Alterns ein, beleuchtet historische und kulturelle Aspekte und umreißt die wissenschaftliche Fragestellung bezüglich der Rolle von Telomeren.
2. Altern: Dieses Kapitel definiert Altern aus biologischer und medizinischer Sicht und gibt einen Überblick über verschiedene Alternstheorien, inklusive evolutionärer, stochastischer und genetischer Ansätze.
3. Zellalterung und Telomere: Das Kapitel behandelt den geschichtlichen Hintergrund der Zellalterung, erläutert die Bedeutung der Entdeckungen von Hayflick und Moorhead und führt in die Struktur, Funktion und Replikation von Telomeren ein.
4. Telomere und Altern: Hier werden aktuelle Hypothesen zur Telomerforschung diskutiert, die Übertragbarkeit der Zellmodelle auf in vivo Prozesse geprüft und der Zusammenhang mit Krankheiten wie Krebs beleuchtet.
5. Diskussion: Dieses Kapitel reflektiert die Ergebnisse der Arbeit, ordnet den Stellenwert der Telomerforschung im Gesamtkontext des Alterns kritisch ein und zeigt Perspektiven für zukünftige medizinische Anwendungen auf.
6. Zusammenfassung: Diese Zusammenfassung rekapituliert die zentralen Erkenntnisse über die zellulären Mechanismen des Alterns und die Rolle der Telomere als biologische Wächter.
7. Literaturverzeichnis: Dieses Verzeichnis führt sämtliche in der Arbeit verwendeten Fachquellen und Referenzen auf.
Schlüsselwörter
Altern, Telomere, Telomerase, Zellalterung, Replikation, Hayflick-Limit, Oxidativer Stress, Seneszenz, Krebsforschung, Apoptose, Genetik, DNA-Replikation, Zellteilung, Altersleiden, Evolutionsbiologie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den biologischen Grundlagen des Alterns, wobei der Fokus auf der Bedeutung von Telomeren und dem Prozess der zellulären Alterung liegt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen Alternstheorien, Zellalterung, die Struktur und Funktion von Telomeren sowie die Rolle der Telomerase bei Krebs und altersbedingten Krankheiten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, zu untersuchen, inwieweit die Telomerhypothese des zellulären Alterns und deren Erweiterungen das Altern des Gesamtorganismus erklären können.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse bestehender wissenschaftlicher Theorien, Forschungsergebnisse und Studien, die im Literaturverzeichnis detailliert aufgeführt sind.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die historischen Erkenntnisse zur Zellteilung, das Endreplikationsproblem der DNA, die molekulare Struktur von Telomeren sowie die aktuellen Hypothesen zu Telomeren und Altern.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Telomere, Telomerase, Hayflick-Limit, zelluläre Seneszenz, oxidativer Stress und Tumorgenese.
Was ist das "Hayflick-Limit"?
Das Hayflick-Limit beschreibt die begrenzte Anzahl von Teilungen, die normale somatische Zellen in vitro vollziehen können, bevor sie in einen seneszenten Zustand übergehen.
Welche Rolle spielt oxidativer Stress für die Telomere?
Oxidativer Stress beschleunigt die Verkürzung der Telomere, insbesondere bei Zellen, die bereits einer hohen Belastung ausgesetzt sind, und trägt somit wesentlich zur vorzeitigen zellulären Alterung bei.
Warum sind Krebszellen unsterblich?
Krebszellen besitzen in der Regel eine aktive Telomerase, die die Telomerlängen stabilisiert und dadurch die normale Teilungsbegrenzung der Zellen aufhebt, was zu einer unendlichen Teilungskapazität führt.
- Quote paper
- Jörn Roth (Author), 2004, Altern - unter besonderer Berücksichtigung der Telomertheorie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/35128
