Studie: Wann Oxidantien schädlich und wann sie gesund sind

Das Altern, Infektionen, Krebs: Welche Bedeutung und Wirkung haben Oxidantien und Antioxidantien (Antioxidationsmittel) auf den menschlichen Körper und den Alterungsprozess des Menschen?

Ob Oxidantien schädlich für die Gesundheit sind oder sie fördern, hängt stark von der Art, der Menge und insbesondere von der genauen räumlichen wie zeitlichen Verteilung der Oxidantien in unserem Körper ab.

Wann Oxidantien schädlich für die Gesundheit sind

• Reaktive Sauerstoffspezies – so genannte Oxidantien – sind bei hohen Konzentrationen schädlich für die Zellen aller Organismen. Daher wurden sie mit der Alterung in Verbindung gebracht.

Eine Studie der Chalmers University of Technology, Schweden, konnte nun aber zeigen, dass niedrige Konzentrationen des Oxidationsmittels Wasserstoffperoxid ein Enzym stimulieren können, das hilft, die Alterung von Hefezellen zu verlangsamen.

Vorteile von Antioxidantien

Einer der Vorteile von Antioxidantien wie den Vitaminen E und C besteht darin, dass sie reaktive Sauerstoffspezies – so genannte Oxidantien – neutralisieren, die sonst mit den für den Körper wichtigen Molekülen reagieren und deren biologische Funktionen zerstören könnten.

In grösseren Mengen können Oxidantien schwere Schäden beispielsweise an der DNS, Zellmembranen und Proteinen verursachen. Aus diesem Grund haben die menschlichen Zellen starke Abwehrmechanismen entwickelt, um diese Oxidanzien, die im normalen Stoffwechsel gebildet werden, auszuschalten.

Oxidantien nicht nur schädlich

Während man früher glaubte, dass Oxidantien nur schädlich sind, begann die Wissenschaft in letzter Zeit zu verstehen, dass sie auch positive Eigenschaften haben.

• Die neuesten Forschungsergebnisse der Chalmers University of Technology haben gezeigt, dass das allgemein bekannte Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid die Alterung von Hefezellen tatsächlich verlangsamen kann.

Wasserstoffperoxid ist eine Chemikalie, die unter anderem zur Haar- und Zahnaufhellung verwendet wird. Außerdem ist es eines der in unserem Stoffwechsel gebildeten Oxidationsmittel, das in höheren Konzentrationen schädlich ist.

Verlängerung der Lebensdauer von Zellen

Die Wissenschaftler von Chalmers untersuchten das Enzym Tsa1, das zu einer Gruppe von Antioxidantien namens Peroxiredoxine gehört. Bisherige Forschungsarbeiten über diese Enzyme haben gezeigt, dass sie an der Abwehr der Hefezellen gegen schädliche Oxidantien beteiligt sind, so die Forscher.

Gleichzeitig tragen die Peroxiredoxine nach Aussage von Mikael Molin, der die Forschungsgruppe an Chalmers‘ Abteilung für Biologie und Bioverfahrenstechnik leitet, aber auch dazu bei, die Lebensdauer von Zellen zu verlängern, wenn sie einer Kalorienbeschränkung unterworfen sind.

• Die Mechanismen hinter diesen Funktionen sind bislang noch nicht vollständig verstanden.

Bekannt ist bereits, dass eine reduzierte Kalorienzufuhr die Lebensdauer einer Vielzahl von Organismen, angefangen von Hefe bis hin zu Affen, deutlich verlängern kann.

Mehrere wissenschaftliche Arbeitsgruppen, darunter auch die von Mikael Molin, konnten auch zeigen, dass vor allem die Stimulierung der Peroxiredoxin-Aktivität die Zellalterung bei Organismen wie Hefe, Fliegen und Würmern verlangsamt, wenn sie weniger Kalorien als normal über die Nahrung aufnehmen.

Verlangsamung des Alterungsprozesses

Nun haben die Forscher eine neue Funktion von Tsa1 gefunden. Früher dachte man, dass dieses Enzym einfach reaktive Sauerstoffspezies neutralisiert.

Aber jetzt konnten die Forscher zeigen, dass Tsa1 tatsächlich eine bestimmte Menge Wasserstoffperoxid benötigt, um am Prozess der Verlangsamung des Alterungsprozesses von Hefezellen mitzuwirken.

Die Studie zeigte überraschenderweise, dass Tsa1 den Wasserstoffperoxidgehalt in gealterten Hefezellen nicht beeinflusst. Vielmehr verwendet Tsa1 geringe Mengen Wasserstoffperoxid, um die Aktivität eines zentralen Signalwegs zu reduzieren, wenn die Zellen weniger Kalorien erhalten.

Dieser Effekt führt letztlich zu einer Verlangsamung der Zellteilung sowie der Prozesse, die mit der Bildung der Bausteine der Zellen verbunden sind. Gleichzeitig werden die Abwehrkräfte der Zellen gegen Stress stimuliert, wodurch sie langsamer altern.

Entscheidende Rolle im Alterungsprozess

Die Signalwege, die durch die Aufnahme von Kalorien beeinflusst werden, können, den Autoren der Studie zufolge, eine entscheidende Rolle im Alterungsprozess spielen, indem sie den Status vieler zellulärer Prozesse erkennen und diese kontrollieren.

Durch die Untersuchung dieser Signalwege hoffen die Forscher die molekularen Zusammenhänge zu verstehen, warum das Auftreten vieler weit verbreiteter Krankheiten wie Krebs, Alzheimer und Diabetes mit dem Alter stark zunimmt.

Wie Oxidantien den Alterungsprozess verlangsamen können

Dadurch, dass die Forscher nun ein besseres Verständnis davon haben, welche Mechanismen dafür verantwortlich sind, wie Oxidantien den Alterungsprozess tatsächlich verlangsamen können, könnte dies zu neuen Studien führen, beispielsweise zur Suche nach Peroxiredoxin-stimulierenden Medikamenten oder zur Überprüfung, ob altersbedingte Krankheiten durch andere Medikamente, die die positive Wirkung von Oxidantien im Körper verstärken, verlangsamt werden können.

Der Mechanismus der Verlangsamung des Alterungsprozesses durch das Enzym Tsa1

Die Chalmers-Forscher haben einen Wirkmechanismus gezeigt, wie das Peroxiredoxin-Enzym Tsa1 einen zentralen Signalweg direkt steuert. Es verlangsamt den Alterungsprozess, indem es eine Aminosäure in einem anderen Enzym, der Proteinkinase A, oxidiert, die für die Stoffwechselregulierung wichtig ist.

Durch die Oxidation wird die Aktivität der Proteinkinase A verringert, indem ein Teil des Enzyms, das an andere Moleküle bindet, destabilisiert wird. Dadurch wird die Nährstoffsignalisierung über die Proteinkinase A reduziert, was wiederum die Zellteilung herunterreguliert und die Zellabwehr gegen Stress stimuliert.

Oxidantien, Mitochondrien, Tumorwachstum und Diabetes-Typ-2

In anderen Studien wurde auch gezeigt, dass geringe Mengen reaktiver Sauerstoffverbindungen mit mehreren positiven Auswirkungen auf die Gesundheit verbunden sein können.

Diese Oxidantien werden in den Mitochondrien, dem „Kraftwerk“ einer Zelle, gebildet, und dieser Prozess, Mitohormese genannt, kann bei vielen Organismen, von der Hefe bis zur Maus, beobachtet werden.

Bei Mäusen wird das Tumorwachstum durch Mitohormese verlangsamt, während es bei Spulwürmern gelungen ist, sowohl Peroxiredoxine als auch Mitohormese mit der Fähigkeit eines Diabetes-Typ-2-Medikaments in Verbindung zu bringen, die Zellalterung zu verlangsamen.

Auch bei der Suche nach Medikamenten, die das Risiko älterer Menschen, schwer an Covid-19 zu erkranken, verringern können, ist Metformin von Bedeutung.

Forschungen in den USA und China haben einige aussichtsreiche Ergebnisse erbracht, und eine Theorie besagt, dass Metformin der altersbedingten Verschlechterung des Immunsystems entgegenwirken kann.

Quelle

• eLife / Chalmers University of Technology

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