Entdeckung der Kommunikation zwischen Telomeren und Mitochondrien – neue Perspektive für die Krebstherapie

Telomere befinden sich an den Enden der Chromosomen, die unsere Erbinformation in Form von DNA enthalten. Als Endabschnitte der Chromosomen haben sie eine besondere Funktion: Sie ermöglichen die Vermehrung von Zellen unter Schutz ihrer Erbinformation. Bei der Zellvermehrung verkürzen sich die Telomere und schützen davor, dass genetische Informationen an den Chromosomenenden verloren gehen. Mit dem Alter und bei fortgesetzter Zellteilung werden sie kürzer. Sind sie zu kurz, wird zum Schutz der Erbinformation die Zellvermehrung angehalten, und die Zelle geht in den programmierten Zelltod über.

Entdeckt: Telomere kommunizieren mit Mitochondrien

Telomere sind für Krebs und Alterung von besonderer Bedeutung. Zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen haben Zusammenhänge zwischen Telomerverkürzung, Zelltod und Erkrankungen wie Krebs gezeigt. Die hier vorgestellte neue Studie ergab: Werden die Telomere zu kurz, kommunizieren sie mit den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen. Dadurch wird eine komplexe Folge von Signalwegen und eine Entzündungsreaktion ausgelöst, die potenziell entartende Zellen zerstört. Die Ergebnisse könnten neue Wege zur Krebsprävention und -behandlung sowie zur Entwicklung besserer Therapien gegen schädliche Folgen des Alterns eröffnen.

Zusammengefasst: Bei jeder Teilung normaler Zellen verkürzen sich die Telomere. Werden sie sehr kurz, geht eine Nachricht an die Mitochondrien. Diese löst eine besondere Entzündungsreaktion aus und sorgt dafür, dass die Zelle stirbt, bevor sie zur Krebszelle wird.

Krebszellen verfügen dagegen über verschiedene zelluläre Mechanismen, die eine Verkürzung der Telomere verhindern. Einer der wichtigsten Akteure ist Telomerase, ein Enzym, das die Länge der Telomere an den Chromosomenenden erhält und sie erneuert. In Krebszellen ist die Telomeraseaktivität häufig erhöht, sodass die Zelle eine Telomerverkürzung vermeiden und sich fortwährend vermehren kann.

Einige Krebszellen besitzen außerdem Reparaturmechanismen für DNA-Schäden, die durch verkürzte Telomere entstehen. Diese verhindern Veränderungen der Erbinformation, ermöglichen eine fortgesetzte Zellvermehrung und fördern damit die Krebsentstehung.

Nach Ansicht der Forschenden wirken Telomere und Mitochondrien bei den zellulären Vorgängen, die potenziell krebsauslösende Zellen töten, eindeutig zusammen.

Sind die Telomere so kurz, dass sie die Chromosomen nicht mehr vor Schäden schützen können, wird gewissermaßen eine „zelluläre Krise“ signalisiert, und die Zellen sterben. Dieser nützliche natürliche Vorgang beseitigt Zellen mit sehr kurzen Telomeren und instabilem Genom und gilt als wirksame Barriere gegen die Krebsentstehung.

Jan Karlseder und der Erstautor Joe Nassour hatten bereits früher entdeckt, dass Zellen in einer Krise durch einen Vorgang namens Autophagie beseitigt werden, mit dem sich der Körper von beschädigten Zellen befreit.

Jan Karlseder gehört weltweit zu den führenden Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Telomere und des Krebses. Über eine frühere Arbeit berichteten wir hier: Kann das Ausschalten telomerschützender Mechanismen die Wirkung der Chemotherapie verstärken?

In dieser Studie wollten die Forschenden klären, wie ein Zelltod entsteht, wenn Telomere extrem kurz werden. Sie untersuchten dafür menschliche Fibroblasten genetisch und entdeckten Signalwege der Immunerkennung und Entzündung, die beim Zelltod wichtig sind. Insbesondere zeigte sich, dass von kurzen Telomeren freigesetzte RNA-Moleküle die Immunfühler ZBP1 und MAVS an der äußeren Oberfläche der Mitochondrien aktivieren.

Die Ergebnisse verdeutlichen wichtige Verbindungen zwischen Telomeren, Mitochondrien und Entzündung. Sie zeigen außerdem, wie Zellen eine Krise überstehen und damit der Zerstörung entgehen können. Funktioniert dieser zelluläre Prozess nicht richtig, können sie zu Krebszellen werden.

Die Verbindung zwischen Telomeren, Mitochondrien und Entzündung – unser Verständnis der Krebs- und Alterungsbiologie wächst

Telomere, Mitochondrien und Entzündung sind somit drei Merkmale des Alterns, die bisher meist getrennt untersucht wurden. Diese Studie zeigt, dass Telomere bei Stress eine RNA-Nachricht an die Mitochondrien senden und dadurch Entzündung auslösen können. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen Telomeren, Mitochondrien und Entzündung zu erforschen, um den Alterungsprozess besser zu verstehen und die gesunde Lebensspanne zu verlängern.

Joe Nassour kommentierte die Arbeit so:

„Krebsentstehung ist kein einfacher Vorgang. Es handelt sich um einen mehrstufigen Prozess, der zahlreiche Umwandlungen und Veränderungen in der gesamten Zelle erfordert. Ein besseres Verständnis der komplexen Verbindungen zwischen Telomeren und Mitochondrien könnte künftig bei der Entwicklung neuer Krebstherapien eine Rolle spielen.“

Als Nächstes wollen die Forschenden die molekularen Grundlagen dieser Signalwege genauer untersuchen und prüfen, ob sie sich zur Vorbeugung oder Behandlung von Krebs gezielt beeinflussen lassen.