Ihre Leber ist knapp drei Jahre alt

Bild: Die menschliche Leber besteht aus Zellen mit unterschiedlich viel DNA. Die meisten Zellen enthalten nur zwei DNA-Kopien, wie durch die Zelle mit einem weißen Pfeil angezeigt. Einige Zellen sammeln mehr DNA-Sätze, wie z. B. die durch gelbe Pfeile angezeigten. Diese verschiedenen Arten von Zellen regenerieren sich unterschiedlich.
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Bildnachweis: Paula Hencke

Die Leber ist ein lebenswichtiges Organ, das sich um die Entfernung von Giftstoffen aus unserem Körper kümmert. Da er ständig mit giftigen Substanzen in Kontakt kommt, wird er sich wahrscheinlich regelmäßig anstecken. Um dies zu umgehen, hat die Leber eine einzigartige Fähigkeit unter den Organen, sich nach einer Schädigung selbst zu regenerieren. Da ein Großteil der Fähigkeit des Körpers, sich selbst zu heilen und zu regenerieren, mit zunehmendem Alter abnimmt, haben sich Wissenschaftler gefragt, ob die Regenerationsfähigkeit der Leber mit zunehmendem Alter ebenfalls abnimmt.

Die Natur der Leberregeneration beim Menschen ist ebenfalls ein Rätsel geblieben. Tiermodelle haben widersprüchliche Antworten geliefert. Einige Studien deuten darauf hin, dass Hepatozyten möglicherweise langlebig sind, während andere eine beständige Veränderung gezeigt haben. Uns war klar: Wenn wir wissen wollen, was mit dem Menschen passiert, müssen wir einen Weg finden, die Lebensdauer menschlicher Leberzellen direkt zu beurteilen“, sagt Dr. Olaf Bergmann, Forschungsgruppenleiter am Zentrum für Regenerative Therapie Dresden ( CRTD) an der TU Dresden.

Die menschliche Leber ist noch ein junges Organ

Ein multidisziplinäres Team aus Biologen, Physikern, Mathematikern und Medizinern unter der Leitung von Dr. Bergmann analysierte die Lebern mehrerer Personen, die im Alter zwischen 20 und 84 Jahren starben. Überraschenderweise zeigte das Team, dass die Leberzellen aller Personen ungefähr gleich alt waren.

„Egal ob Sie 20 oder 84 Jahre alt sind, Ihre Leber bleibt im Durchschnitt knapp drei Jahre“, erklärt Dr. Bergman. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anpassung der Lebermasse an die Bedürfnisse des Körpers durch den kontinuierlichen Ersatz von Hepatozyten streng reguliert wird und dass dieser Prozess auch bei älteren Menschen stattfindet. Dieser kontinuierliche Ersatz von Hepatozyten ist wichtig für verschiedene Aspekte der Leberregeneration und der Krebsentstehung.

Leberzellen mit mehr DNA regenerieren weniger

Allerdings sind nicht alle Zellen in unserer Leber jung. Ein kleiner Teil der Zellen kann bis zu 10 Jahre leben, bevor sie sich erneuern können. Diese Subpopulation von Hepatozyten trägt mehr DNA als typische Zellen. Die meisten unserer Zellen haben zwei Chromosomensätze, aber einige Zellen sammeln mit zunehmendem Alter mehr DNA an. Letztendlich können diese Zellen vier, acht oder sogar mehr Chromosomensätze tragen“, erklärt Dr. Bergman.

Als wir typische Hepatozyten mit DNA-reicheren Zellen verglichen, fanden wir erhebliche Unterschiede in ihrer Regeneration. Typische Zellen regenerieren sich etwa einmal im Jahr, während DNA-reichere Zellen bis zu einem Jahrzehnt in der Leber verbleiben können”, sagt Dr. Bergmann. Da dieser Anteil mit zunehmendem Alter allmählich zunimmt, könnte dies ein Mechanismus sein, vor dem sie uns schützen Anhäufung schädlicher Mutationen. Wir müssen wissen, ob es ähnliche Mechanismen bei chronischen Lebererkrankungen gibt, die in manchen Fällen zu Krebs führen können.

Lehren aus einem Atomfall

Die Bestimmung des biologischen Alters menschlicher Zellen ist eine gewaltige technische Herausforderung, da Methoden, die üblicherweise in Tiermodellen verwendet werden, nicht auf Menschen angewendet werden können.

Dr. Bergmanns Gruppe ist auf retrospektive Radiokohlenstoffdatierung spezialisiert und verwendet diese Technik, um das biologische Alter menschlichen Gewebes zu bestimmen. Kohlenstoff ist ein allgegenwärtiges chemisches Element, das das Rückgrat des Lebens auf der Erde bildet. Radiokohlenstoff ist eine der verschiedenen Arten von Kohlenstoff. Es kommt natürlich in der Atmosphäre vor. Pflanzen nehmen es wie typischen Kohlenstoff durch Photosynthese auf und geben es an Tiere und Menschen weiter. Radioaktiver Kohlenstoff ist schwach radioaktiv und instabil. Diese Eigenschaften werden in der Archäologie genutzt, um das Alter antiker Exemplare zu bestimmen.

„Archäologen haben die Radiokohlenstoff-Zersetzung seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt, um das Alter von Exemplaren zu bestimmen, ein Beispiel ist die Datierung des Grabtuchs von Turin“, sagt Dr. Bergman. “Der radioaktive Zerfall von Radiokohlenstoff ist sehr langsam. Er bietet Archäologen eine ausreichende Auflösung, ist aber nicht nützlich, um das Alter menschlicher Zellen zu bestimmen. Wir können jedoch in unserer Forschung immer noch von Radiokohlenstoff profitieren.”

Oberirdische Atomtests, die in den 1950er Jahren durchgeführt wurden, brachten riesige Mengen an radioaktivem Kohlenstoff in die Atmosphäre, Pflanzen und Tiere. Infolgedessen enthalten die in dieser Zeit entstandenen Zellen größere Mengen an radioaktivem Kohlenstoff in ihrer DNA.

Nach dem offiziellen Verbot oberirdischer Atomtests im Jahr 1963 begannen die Mengen an Radiokohlenstoff in der Atmosphäre zu sinken und damit auch die Mengen an Radiokohlenstoff, die in die DNA des Tieres eingebaut wurden. Atmosphärische und zelluläre Radiokarbonwerte korrespondieren sehr gut miteinander.

“Obwohl dies winzige und harmlose Mengen sind, können wir sie in Gewebeproben nachweisen und messen. Durch den Vergleich der Werte mit atmosphärischen Radiokohlenstoffwerten können wir rückwirkend das Alter von Zellen bestimmen”, erklärt Dr.

Beispiellose Einblicke direkt von der Quelle

Bergmanns Gruppe erforscht auch die Mechanismen, die die Regeneration anderer Gewebe antreiben, die als etabliert gelten, wie etwa das Gehirn oder das Herz. Das Team nutzte zuvor seine Erfahrungen mit der retrospektiven Radiokohlenstoffdatierung, um zu zeigen, dass die Bildung neuer Gehirn- und Herzzellen nicht auf die Zeit vor der Geburt beschränkt ist, sondern das ganze Leben über andauert. Derzeit untersucht die Gruppe, ob es möglich ist, bei Menschen mit chronischen Herzerkrankungen neue menschliche Herzmuskelzellen herzustellen.

Bergman schlussfolgert: „Unsere Forschung zeigt, dass die Untersuchung der Zellregeneration direkt am Menschen technisch sehr anspruchsvoll ist, aber unvergleichliche Einblicke in die grundlegenden zellulären und molekularen Mechanismen der menschlichen Organregeneration liefern kann.“

Originalbeitrag
Paula Henke, Fabian Rost, Julian Ruud, Ballina Truss, Irina Simonova, Eniki Lazar, Joshua Vidima, Thilo Welch, Kanar Elkas, Mahran Salihpour, Andrea Zimmermann, Daniel Seehofer, Goran Bosnert, Georg Dam, Henrik Druid, Lutz Brügge: Diploide Hepatozyten treiben die physiologische Regeneration der Leber bei Erwachsenen an. Zellsysteme (Mai 2022)
Link: http://doi.org/10.1016/j.cels.2022.05.001

Über das Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD)
Das Centrum für Regenerative Therapie Dresden (CRTD) der TU Dresden ist die akademische Heimat für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus mehr als 30 Ländern. Ihre Mission ist es, die Prinzipien der Zell- und Geweberegeneration zu entdecken und daraus Vorteile zu ziehen, um Krankheiten zu erkennen, zu behandeln und umzukehren. Das CRTD verbindet die Bank mit der Klinik, Wissenschaftlern und Klinikern, um Fachwissen in Stammzellen, Entwicklungsbiologie, Genbearbeitung und Regeneration zu bündeln, um innovative Behandlungen für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson, Bluterkrankungen wie Leukämie und Stoffwechselerkrankungen wie z Diabetes, Netzhaut- und orthopädische Erkrankungen.
Das CRTD wurde 2006 als Forschungszentrum der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gegründet und bis 2018 als DFG-Forschungszentrum sowie als Exzellenzgruppe gefördert. Seit 2019 wird CRTD von der TU Dresden und dem Freistaat Sachsen gefördert.
Das CRTD ist eines von drei Instituten der Zentralen Wissenschaftlichen Einrichtung Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) der TU Dresden.
Netz: www.tu-dresden.de/cmcb/crtd
Netz: http://www.tu-dresden.de/cmcb

Ressourcen:
Website der Dr. Olaf Bergmann Gruppe: https://tud.link/ad38
Fotos in voller Auflösung: https://tud.link/gycm


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