Zusammenfassung: Kalorienreduzierte Diäten reduzieren Entzündungen, verzögern den Ausbruch altersbedingter Krankheiten und verlängern die Lebensspanne, so eine neue Studie.
Quelle: Salk Institute
Wenn Sie die Entzündungswerte in Ihrem Körper reduzieren, das Auftreten altersbedingter Krankheiten verzögern und länger leben wollen, essen Sie weniger. Zu diesem Schluss kommt eine neue Studie von Wissenschaftlern aus den USA und China, die den bisher detailliertesten Bericht über die zellulären Auswirkungen einer kalorienreduzierten Ernährung bei Ratten liefert. Während die Vorteile einer kalorienreduzierten Ernährung seit langem bekannt sind, zeigen die neuen Ergebnisse, wie diese Beschränkung vor dem Altern in zellulären Bahnen schützen kann, wie in der Zeitschrift Cell vom 27. Februar 2020 beschrieben.
„Wir wussten bereits, dass eine kalorienreduzierte Ernährung die Lebensspanne verlängert, aber jetzt haben wir alle Veränderungen aufgezeigt, die auf der Ebene einzelner Zellen auftreten, um dies zu bewirken“, sagt Juan Carlos Izpisua Belmonte, einer der Hauptautoren der neuen Studie, Professor im Gene Expression Laboratory von Salk und Inhaber des Roger Guillemin Lehrstuhls. „
Das Alter ist der größte Risikofaktor für viele menschliche Krankheiten, darunter Krebs, Demenz, Diabetes und das metabolische Syndrom. Die Kalorienrestriktion hat sich in Tiermodellen als eine der wirksamsten Maßnahmen gegen diese altersbedingten Krankheiten erwiesen. Und obwohl die Forscher wissen, dass einzelne Zellen viele Veränderungen durchlaufen, wenn ein Organismus altert, wussten sie bisher nicht, wie eine Kalorienrestriktion diese Veränderungen beeinflussen könnte.
In der neuen Arbeit verglichen Belmonte und seine Mitarbeiter – darunter drei ehemalige Mitarbeiter seines Salk-Labors, die jetzt Professoren sind und ihre eigenen Forschungsprogramme in China leiten – Ratten, die 30 Prozent weniger Kalorien zu sich nahmen, mit Ratten, die sich normal ernährten. Die Ernährung der Tiere wurde im Alter von 18 bis 27 Monaten kontrolliert. (Beim Menschen entspräche dies in etwa einer kalorienreduzierten Diät im Alter von 50 bis 70 Jahren.)
Belmontes Team isolierte und analysierte sowohl zu Beginn als auch am Ende der Diät insgesamt 168.703 Zellen aus 40 Zelltypen der 56 Ratten. Die Zellen stammten aus Fettgewebe, Leber, Niere, Aorta, Haut, Knochenmark, Gehirn und Muskel. In jeder isolierten Zelle verwendeten die Forscher die Technologie der genetischen Einzelzellsequenzierung, um das Aktivitätsniveau von Genen zu messen. Sie untersuchten auch die Gesamtzusammensetzung der Zelltypen in einem bestimmten Gewebe.
Viele der Veränderungen, die beim Älterwerden von Ratten mit normaler Ernährung auftraten, traten bei Ratten mit eingeschränkter Ernährung nicht auf; selbst im hohen Alter ähnelten viele der Gewebe und Zellen von Tieren mit dieser Diät denen von jungen Ratten. Insgesamt waren 57 Prozent der altersbedingten Veränderungen in der Zellzusammensetzung, die in den Geweben von Ratten mit normaler Ernährung zu beobachten waren, bei den Ratten mit kalorienreduzierter Ernährung nicht vorhanden.
„Dieser Ansatz verriet uns nicht nur die Wirkung der Kalorienrestriktion auf diese Zelltypen, sondern lieferte auch die vollständigste und detaillierteste Studie darüber, was während des Alterns auf der Ebene einzelner Zellen geschieht“, sagt der Mitautor Guang-Hui Liu, ein Professor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Einige der Zellen und Gene, die am stärksten von der Diät betroffen sind, beziehen sich auf Immunität, Entzündung und Fettstoffwechsel. Die Anzahl der Immunzellen in fast allen untersuchten Geweben nahm mit dem Alter der Kontrollratten drastisch zu, während sie bei Ratten mit eingeschränkter Kalorienzufuhr nicht vom Alter beeinflusst wurde. Im braunen Fettgewebe – einer Art von Fettgewebe – kehrte eine kalorienreduzierte Diät die Expressionsniveaus vieler entzündungshemmender Gene auf das Niveau junger Tiere zurück.
„Die wichtigste Entdeckung in der aktuellen Studie ist, dass die Zunahme der Entzündungsreaktion während des Alterns durch Kalorienrestriktion systematisch unterdrückt werden könnte“, sagt Jing Qu, ebenfalls Professor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Mitautor der Studie.
Als die Forscher sich auf die Transkriptionsfaktoren konzentrierten – im Wesentlichen Hauptschalter, die die Aktivität vieler anderer Gene verändern können -, die durch die Kalorienrestriktion verändert wurden, stach einer hervor. Die Konzentrationen des Transkriptionsfaktors Ybx1 wurden durch die Diät in 23 verschiedenen Zelltypen verändert. Die Wissenschaftler glauben, dass Ybx1 ein altersbedingter Transkriptionsfaktor sein könnte, und planen weitere Forschungen zu seinen Auswirkungen.
„Man sagt, dass ‚man ist, was man isst‘, und wir stellen fest, dass dies in vielerlei Hinsicht zutrifft“, sagt Concepcion Rodriguez Esteban, eine weitere Autorin der Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Salk. „
Credit: Salk Institute.
Das Team versucht nun, diese Informationen zu nutzen, um Angriffspunkte für Medikamente gegen das Altern zu finden und Strategien zur Verlängerung der Lebensdauer und der Gesundheit zu entwickeln.
Finanzierung: Die Arbeit und die beteiligten Forscher wurden durch Zuschüsse des National Key Research and Development Program of China, des Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, der National Natural Science Foundation of China, der Beijing Natural Science Foundation, der Beijing Municipal Commission of Health and Family Planning, des Advanced Innovation Center for Human Brain Protection, des State Key Laboratory of Membrane Biology, der Moxie Foundation und der Glenn Foundation unterstützt.
An der Studie waren außerdem Shuai Ma, Shuhui Sun, Lingling Geng, Moshi Song, Wei Wang, Yanxia Ye, Qianzhao Ji, Zhiran Zou, Si Wang und Qi Zhou von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beteiligt; Xiaojuan He, Wei Li, Piu Chan und Weiqi Zhang vom Xuanwu Hospital der Capital Medical University; Xiao Long vom Peking Union Medical College Hospital; und Guoji Guo von der Zhejiang University School of Medicine.
Die Autoren berichten über keine finanziellen oder anderen Interessenkonflikte.
Quelle:
Salk Institute
Medienkontakte:
Salk Communications – Salk Institute
Bildquelle:
Das Bild ist dem Salk Institute gutgeschrieben.
Original Research: Closed access
„Caloric Restriction Reprograms the Single-Cell Transcriptional Landscape of Rattus Norvegicus Aging“. Juan Carlos Izpisua Belmonte et al.
Cell doi:10.1016/j.cell.2020.02.008.
Abstract
Caloric Restriction Reprograms the Single-Cell Transcriptional Landscape of Rattus Norvegicus Aging
Highlights
– A multissue single-cell transcriptomic atlas for aging and CR in a mammal
– CR allevates aging-CR mildert die altersbedingte Anhäufung pro-inflammatorischer Zellen in verschiedenen Geweben
– CR mildert altersbedingte zelltypspezifische Veränderungen der Genexpression
Zusammenfassung
Alterung verursacht einen funktionellen Rückgang in Geweben im ganzen Körper, der durch Kalorienrestriktion (CR) verzögert werden kann. Die zellulären Profile und Signaturen des Alterns sowie diejenigen, die durch CR verbessert werden, bleiben jedoch unklar. Hier haben wir umfassende Einzelzell- und Einzelkern-Transkriptom-Atlanten in verschiedenen Rattengeweben erstellt, die Alterung und CR erfahren. CR milderte die altersbedingten Veränderungen in der Zusammensetzung der Zelltypen, der Genexpression und der zentralen transkriptionellen regulatorischen Netzwerke. Immunzellen waren während des Alterns vermehrt vorhanden, und CR kehrte das durch das Altern gestörte Immunökosystem positiv um. Computergestützte Vorhersagen zeigten, dass die abnormalen Zell-Zell-Kommunikationsmuster, die während des Alterns beobachtet werden, einschließlich des übermäßigen proinflammatorischen Liganden-Rezeptor-Wechselspiels, durch CR umgekehrt werden. Unsere Arbeit liefert gewebeübergreifende Einzelzell-Transkriptionslandschaften, die mit dem Altern und CR in einem Säugetier verbunden sind, verbessert unser Verständnis der Robustheit von CR als geroprotektive Intervention und deckt auf, wie metabolische Interventionen auf das Immunsystem wirken können, um den Alterungsprozess zu modifizieren.