Organspezifische biologische Alternsuhren identifiziert

Die Alternsforschung ist sich einig, dass sich das »biologische Alter« einer Person von dem »chronologischen Alter« unterscheiden kann. Verschiedene Ansätze wurden entwickelt, um diese Diskrepanz konkret mit Zahlen zu belegen. Eines der bekannteren Beispiele ist die epigenetische Alternsuhr, die darauf beruht, dass sich mit fortschreitendem biologischen Alter DNA-Methylierungsmuster, die Teil der epigenetischen Signatur eines jeden Menschen sind, ändern. Analysen auf diesem erstaunlich genauen Prinzip liefern allerdings nur einen Biomarker, der sich auf den ganzen Organismus bezieht.

Dies ist wohl eine zu grobe Messlatte, wie jetzt Forschende um Hamilton Se-Hwee Oh vom Wu Tsai Neurosciences Institute an der Stanford University, Stanford, USA, in einer Arbeit zeigen, die im Wissenschaftsjournal »Nature« publiziert wurde. Ein Hauptergebnis dieser Arbeit ist, dass die menschlichen Organe nicht synchron altern. Will man daher in den Alterungsprozess eingreifen, sollte man den Alterungsverlauf der einzelnen Organe kennen, anstatt sich auf einen Querschnittsmarker, wie er beispielsweise mit Hilfe der epigenetischen Uhr ermittelt werden kann, zu verlassen.

Zu dieser Schlussfolgerung kamen die Forschenden, nachdem sie zunächst Proteine identifizierten, die vornehmlich organspezifisch, konkret in elf Organen des Menschen, exprimiert werden. Die Forschenden begrenzten ihre Analysen zunächst auf Fettgewebe, Arterien, Gehirn, Herz, Immunstrukturen, Darm, Niere, Leber, Lunge, Muskel und Bauchspeicheldrüse. Deren Beitrag zu Alterskrankheiten ist relativ gut bekannt und in den Kohorten, die als Basis für diese Studie dienten, liegen relevante altersbezogene Phänotyp-Daten vor.

Zunächst screenten die Forschenden 4979 Proteine bei insgesamt 5676 Probanden aus fünf unabhängigen und gut dokumentierten Kohorten. Die Proteine wurden als »organangereichert« klassifiziert, wenn die kodierenden Gene in einem Organ mindestens viermal höher exprimiert werden als in jedem anderen Organ.

Von den 4979 untersuchten menschlichen Proteinen konnten 893 Proteine (18 Prozent) einem Organ zugewiesen werden, wobei die höchste Anzahl der organangereicherten Proteine aus dem Gehirn stammte.

Zur Quantifizierung der Plasmakonzentrationen der identifizierten Proteine bedienten sich die Forschenden der sogenannten SomaScan-Plattform. Diese bietet eine Vielzahl modifizierter Aptamere, bestehend aus synthetischen Einzelstrang-DNA-Sequenzen mit proteinähnlichem Additionsprodukt, die spezifisch an ein bestimmtes Zielprotein festbinden. Dann trainierten die Forschenden einen maschinellen Lernalgorithmus, um das Alter einer Person auf der Grundlage der Werte dieser Proteine vorherzusagen. Ihr Modell validierten sie mit Blutproben von mehr als 4000 anderen Menschen.

So entwickelten die Forschenden letztlich Proteom-Alterssignaturen, die das chronologische Alter der untersuchten Organe für die Teilnehmer vorhersagen können. Ihre Ergebnisse verglichen sie mit anderen Altersbiomarkern wie Telomerlänge und DNA-Methylierung.