15.05.2020 | Onlineartikel
Fasten gegen das Vergessen? Das große Potential der Autophagie
Autophagie – der neue Hoffnungsträger im Kampf gegen altersbedingte Erkrankungen. Spätestens seit der Verleihung des Nobelpreises für Medizin im Jahr 2016 rückt der körpereigene Selbstreinigungsmechanismus immer stärker in den Fokus von Wissenschaftlern und Medizinern.
Autophagie: Der Selbstreinigungsprozess der Zelle
Autophagie (altgriechisch: auto = selbst; phagein = essen) lässt sich wortwörtlich als Selbstverdauung übersetzen. Bezeichnet wird damit ein Selbstreinigungs- oder Recylingmechanismus, der in fast allen eukaryotischen Zellen auf einem basalen Niveau kontinuierlich abläuft [1-4]. Mithilfe der Autophagie bauen Zellen beschädigte und nicht mehr benötigte Bestandteile wie zum Beispiel fehlgefaltete Proteine und sogar ganze Organellen ab, aber auch Fremdeiweiße und Pathogene [1, 4-6]. Vereinfacht gesagt trägt die Autophagie so zum Schutz und zur Regeneration der Zellen bei, damit diese gesund und leistungsfähig bleiben. Dieser intrazelluläre Selbstreinigungsprozess wird durch zahlreiche Stimuli wie etwa niedrige zelluläre Energielevel oder eine geringe Nährstoffzufuhr induziert [1, 6]. Aber auch Fasten, intensiver Sport sowie das körpereigene Polyamin Spermidin sind in der Lage, die Autophagie zu induzieren.
Nobelpreis: Das passiert bei der Autophagie
Bei der Autophagie umschließt zunächst eine Doppelmembran die zum Abbau bestimmten, beschädigten Zellbestandteile (siehe Abb. 1). Das so entstandene Autophagosom verschmilzt anschließend mit einem Lysosom. In dem nun gebildeten Autolysosom werden saure Hydrolasen (Enzyme) aus dem Lysosom freigesetzt und die eingeschlossenen Zellbestandteile in ihre Grundbausteine – Aminosäuren und Lipide – abgebaut. Diese werden freigesetzt und stehen der Zelle nun wieder für die Bildung von neuen Zellkomponenten oder für die Energiegewinnung zur Verfügung [1, 3, 6]. Die Autophagie trägt somit zur zellulären Homöostase bei – dem Gleichgewicht zwischen katabolen (abbauenden) und anabolen (aufbauenden) Prozessen innerhalb der Zelle [1].
Bereits in den 1960er Jahren wurde das Phänomen der Autophagie beschrieben. Maßgeblich zum besseren Verständnis der Funktionsmechanismen beigetragen haben die Arbeiten des Wissenschaftlers Yoshinori Ōhsumi. Er konnte 15 Gene (ATG, autophagy-related genes) identifizieren, die wesentlich an der Autophagie beteiligt sind. Für seine Entdeckungen erhielt der Japaner im Jahr 2016 den Nobelpreis für Medizin. Heute ist bekannt, dass die Autophagie ein essenzieller Bestandteil der zellulären „Qualitätskontrolle“ ist, die Funktionalität der Zelle aufrechterhält und einen Mechanismus zur Überlebenssicherung der Zelle darstellt [3].
Neue Hoffnung bei altersbedingten Erkrankungen
Eine reduzierte Autophagieaktivität, wie sie mit zunehmenden Alter einhergeht, ist unter anderem mit der Entstehung von neurodegenerativen Krankheiten, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder auch Krebs assoziiert [1, 3, 6-8.] Dabei spielt vermutlich der verminderte Abbau von geschädigten Zellbestandteilen und Proteinablagerungen eine Rolle, was wiederum zur Beeinträchtigung der Zellfunktion führen kann [1, 8].
So sind beispielsweise Proteinaggregate im Gehirn charakteristisch für Erkrankungen des zentralen Nervensystems [1]. In Tiermodellstudien wurden bei Mäusen mit ausgeschalteter Autophagie neuronale Degenerationsprozesse und Proteinablagerungen nachgewiesen [1]. Des Weiteren beschäftigte sich eine Studie mit den kardioprotektiven Effekten einer Polyamin-induzierten Autophagie. Dabei verlängerte sich die Lebenszeit von Mäusen signifikant.
Als Erklärung dafür wird der Erhalt der diastolischen Funktion (dies ist die Entspannungsphase des Herzmuskels, bei dem sich das Herz mit Blut füllt), verbesserte Elastizität des Herzmuskels und eine Verminderung kardialer Hypertrophien diskutiert [9]. Folglich könnte die Modulation der Autophagie zytoprotektive Effekte haben – und ein neuer therapeutischer Ansatz unter anderem bei neurodegenerativen und kardiovaskulären Erkrankungen sein [1, 6-8, 10].
Prof. Michalsen im Videointerview:
Weiterführende Informationen
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[1] Richter‐Landsberg C. Autophagie als Überlebensstrategie: Zelluläre Selbstverdauung. Biologie in unserer Zeit. 2012;42(6):374-9.
[2] Fîlfan M et al. Autophagy in aging and disease. Rom J Morphol Embryol. 2017;58(1):27-31.
[3] Lenzen-Schulte M et al. Autophagie: „Selbstverstümmelung“ als Überlebensstrategie. Dtsch Arztebl International. 2016;113(40):1740-
[4] Jung CH et al. mTOR regulation of autophagy. FEBS letters. 2010;584(7):1287-95.
[5] Wileman T. Autophagy as a defence against intracellular pathogens. Essays in biochemistry. 2013;55:153-63.
[6] Menzies FM et al. Autophagy and neurodegeneration: pathogenic mechanisms and therapeutic opportunities. Neuron. 2017;93(5):1015-34.
[7] Dikic I et al. Mechanism and medical implications of mammalian autophagy. Nature reviews Molecular cell biology. 2018;19(6):349-64.
[8] Menzies FM et al. Compromised autophagy and neurodegenerative diseases. Nature Reviews Neuroscience. 2015;16(6):345-57.
[9] Eisenberg T et al. Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nature medicine. 2016;22(12):1428.
[10] Bento CF et al. Mammalian autophagy: how does it work? Annual review of biochemistry. 2016;85:685-713.