Forscher entdecken eine Wendung darin, wie sich die Ernährung auf das Altern auswirkt

Forscher der Penn State University haben möglicherweise eine weitere Ebene der Komplexität des Rätsels aufgedeckt, wie sich die Ernährung auf das Altern auswirkt. Eine kürzlich vom College of Health and Human Development der Penn State durchgeführte Studie untersuchte die Auswirkungen einer Kalorienrestriktion auf Telomere – Segmente genetischer Basen, die als Schutzkappen an den Enden der Chromosomen fungieren.

Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in Alternde Zelle. Bei der Analyse der Daten einer zweijährigen Studie zur Kalorienrestriktion beim Menschen stellten die Forscher fest, dass Menschen, die ihre Kalorienzufuhr einschränkten, anders schnell Telomere verloren als die Kontrollgruppe – obwohl beide Gruppen die Studie mit Telomeren von ungefähr gleicher Länge beendeten. Früheren Untersuchungen zufolge hat sich gezeigt, dass eine Kalorienreduzierung um 20 bis 60 % bei vielen Tieren zu einem längeren Leben führt.

Die Rolle von Telomeren beim Altern

Im Laufe des menschlichen Lebens gehen jedes Mal, wenn sich die Zellen eines Menschen replizieren, einige Telomere verloren, wenn Chromosomen in die neue Zelle kopiert werden. Wenn dies geschieht, verkürzt sich die Gesamtlänge der Telomere der Zelle. Nachdem sich die Zellen ausreichend oft repliziert haben, löst sich die Schutzkappe der Telomere vollständig auf. Dann kann die genetische Information im Chromosom beschädigt werden, was die zukünftige Fortpflanzung oder die ordnungsgemäße Funktion der Zelle verhindert. Eine Zelle mit längeren Telomeren ist funktionell jünger als eine Zelle mit kurzen Telomeren, was bedeutet, dass zwei Menschen mit demselben chronologischen Alter je nach Länge ihrer Telomere ein unterschiedliches biologisches Alter haben können.

Laut Idan Shalev, außerordentlicher Professor für Bioverhaltensgesundheit an der Penn State, können typisches Alter, Stress, Krankheit, Genetik, Ernährung und mehr Einfluss darauf haben, wie oft sich Zellen replizieren und wie viel Länge die Telomere behalten. Shalev leitete die Forscher, die genetische Proben aus der nationalen CALERIE-Studie analysierten – der ersten randomisierten klinischen Studie zur Kalorienrestriktion beim Menschen. Shalev und sein Team wollten die Auswirkung einer Kalorienrestriktion auf die Telomerlänge bei Menschen verstehen. Da die Telomerlänge widerspiegelt, wie schnell oder langsam die Zellen eines Menschen altern, könnte die Untersuchung der Telomerlänge es Wissenschaftlern ermöglichen, einen Weg zu identifizieren, wie eine Kalorieneinschränkung das Altern beim Menschen verlangsamen kann.

Mechanismen und erste Studienergebnisse

„Es gibt viele Gründe, warum eine Kalorienrestriktion die Lebensspanne des Menschen verlängern kann, und das Thema wird noch untersucht“, sagte Waylon Hastings, der 2020 an der Penn State University in Bioverhaltensgesundheit promovierte und der Hauptautor dieser Studie war. „Ein Hauptmechanismus, durch den das Leben verlängert wird, hängt mit dem Stoffwechsel in einer Zelle zusammen. Wenn in einer Zelle Energie verbraucht wird, verursachen Abfallprodukte aus diesem Prozess oxidativen Stress, der Schäden verursachen kann DNA und andernfalls die Zelle zerstören. Wenn die Zellen einer Person jedoch aufgrund der Kalorieneinschränkung weniger Energie verbrauchen, gibt es weniger Abfallprodukte und die Zelle zerfällt nicht so schnell.“

Die Forscher testeten die Telomerlänge von 175 Forschungsteilnehmern anhand von Daten vom Beginn der CALERIE-Studie, einem Jahr nach Beginn der Studie und dem Ende der Studie nach 24 Monaten Kalorienrestriktion. Ungefähr zwei Drittel der Studienteilnehmer nahmen an einer Kalorienrestriktion teil, während ein Drittel als Kontrollgruppe diente.

Während der Studie zeigten die Ergebnisse, dass der Telomerverlust die Flugbahn veränderte. Im ersten Jahr verloren Teilnehmer, die ihre Kalorienaufnahme einschränkten, an Gewicht und verloren schneller Telomere als die Kontrollgruppe. Nach einem Jahr stabilisierte sich das Gewicht der Teilnehmer unter Kalorienrestriktion und die Kalorienrestriktion wurde ein weiteres Jahr lang fortgesetzt. Im zweiten Jahr der Studie verloren Teilnehmer unter Kalorienrestriktion langsamer Telomere als die Kontrollgruppe. Nach zwei Jahren hatten sich die beiden Gruppen angenähert und die Telomerlängen der beiden Gruppen unterschieden sich statistisch nicht.

„Diese Forschung zeigt, wie komplex die Kalorienrestriktion den Telomerverlust beeinflusst“, sagte Shalev. „Wir gingen davon aus, dass der Telomerverlust bei Menschen mit Kalorienrestriktion langsamer sein würde. Stattdessen fanden wir heraus, dass Menschen mit Kalorienrestriktion zunächst schneller Telomere verloren und dann langsamer, nachdem sich ihr Gewicht stabilisiert hatte.“

Shalev sagte, die Ergebnisse wirften viele wichtige Fragen auf. Was wäre beispielsweise mit der Telomerlänge passiert, wenn die Daten ein weiteres Jahr lang gesammelt worden wären? Bei den Studienteilnehmern ist die Datenerhebung nach zehn Jahren vorgesehen, und Shalev sagte, er sei begierig darauf, diese Daten zu analysieren, sobald sie verfügbar seien.

Langfristige Forschung und Potenzial

Trotz der Unklarheit der Ergebnisse sagte Shalev, dass die potenziellen gesundheitlichen Vorteile einer Kalorienrestriktion beim Menschen vielversprechend seien. Frühere Untersuchungen zu den CALERIE-Daten haben gezeigt, dass eine Kalorienrestriktion dazu beitragen kann, schädliches Cholesterin zu senken und den Blutdruck zu senken. Für Telomere reichte der Zwei-Jahres-Zeitraum nicht aus, um Vorteile zu zeigen, aber diese könnten sich laut Shalev und Hastings dennoch zeigen.

Drei von Shalevs Auszubildenden, Hastings, der derzeitige Doktorand Qiaofeng Ye und die ehemalige Postdoktorandin Sarah Wolf, leiteten die Forschung unter Shalevs Anleitung.

Hastings sagte, die Möglichkeit, diese Studie zu leiten, sei für seine Karriere von entscheidender Bedeutung.

„Ich wurde kürzlich als Assistenzprofessor in der Abteilung für Ernährung der Texas A&M University eingestellt und werde diese Arbeit im Herbstsemester beginnen“, sagte Hastings. „Vor diesem Projekt hatte ich nur begrenzte Erfahrung im Bereich Ernährung. Dieses Projekt hat im wahrsten Sinne des Wortes den Kurs meiner Karriere vorgegeben, und ich bin Dr. Shalev dankbar, dass er mir diese Verantwortung anvertraut hat.“

Referenz: „Auswirkung einer langfristigen Kalorienrestriktion auf die Telomerlänge bei gesunden Erwachsenen: CALERIE™ 2-Studienanalyse“ von Waylon J. Hastings, Qiaofeng Ye, Sarah E. Wolf, Calen P. Ryan, Sai Krupa Das, Kim M. Huffman , Michael S. Kobor, William E. Kraus, Julia L. MacIsaac, Corby K. Martin, Susan B. Racette, Leanne M. Redman, Daniel W. Belsky und Idan Shalev, 19. März 2024, Alternde Zelle.
DOI: 10.1111/acel.14149

Calen Ryan und Daniel Belsky von Universität von Columbia Mailman School of Public Health, Sai Krupa Das von der Tufts University, Kim Huffman und William Kraus von der Duke University School of Medicine, Michael Kobor und Julia MacIsaac von der University of British Columbia, Corby Martin und Leanne Redman vom Pennington Biomedical Research Center und Susan Racette von Alle Mitarbeiter des Arizona State University College of Health Solutions haben zu dieser Forschung beigetragen.

Das National Institute on Aging finanzierte diese Forschung.