Den Prozess des Alterns verstehen und steuern zu können, ist Wunsch vieler Wissenschaftler. Forscher der Universität Basel haben nun herausgefunden, dass das Protein Gcn4 das Leben von Hefezellen verlängert, indem es die Produktion neuer Proteine herunterfährt. Das Verständnis, wie einzelne Gene die Lebensdauer beeinflussen, eröffnet neue Wege, den Alterungsprozess und damit auch das Auftreten altersbedingter Krankheiten zu steuern.

Basel – Seit etwa hundert Jahren ist bekannt, dass Nährstoffmangel und moderater Stress die Lebenserwartung deutlich erhöhen können. Forscher um Prof. Dr. Mihaela Zavolan und Prof. Dr. Anne Spang vom Biozentrum der Universität Basel haben nun entdeckt, wie der Transkriptionsfaktor Gcn4 das Leben der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae verlängert.

Gcn4 ist ein Protein, das in den Zellen die Expression zahlreicher Gene steuert. In verschiedenen Stresssituationen kurbeln die Zellen die Gcn4-Produktion an, mit der Folge, dass die Herstellung neuer Proteine gedrosselt wird und die Zellen deutlich länger leben.

Transkriptionsfaktor hemmt Proteinsynthese und verlängert Lebenserwartung

Wie man bereits seit Längerem weiß, spielt die Proteinsynthese – auch als Translation bezeichnet – eine bedeutende Rolle beim Altern. So wirkt sich eine Hemmung der Proteinherstellung, die zum Beispiel durch Nährstoffmangel ausgelöst wird, positiv auf die Lebenserwartung unterschiedlichster Organismen wie Hefen, Fliegen, Würmer oder Fische aus. Auch eine verringerte Anzahl an Ribosomen, die Proteinfabriken der Zellen, können die Lebenszeit von Hefezellen deutlich verlängern.

Diesen verschiedenen zellulären Stresszuständen ist eines gemein: Sie aktivieren die Bildung von Gcn4. Unklar war bislang jedoch, wie genau das Protein die Langlebigkeit fördert.

Die Wissenschaftler um Zavolan haben in ihrer Studie Hefezellen unterschiedlichen Stressbedingungen ausgesetzt, ihre Lebensdauer, die Neusynthese von Proteinen und die Bildung von Gcn4 gemessen. „Wir konnten feststellen, dass die Menge an Gcn4 mit einer höheren Lebensdauer von Hefezellen zusammenhängt“, sagt Mihaela Zavolan, Professorin für Computational and Systems Biology.

„Wir wollten verstehen, warum das so ist. Wir haben nun erstmals zeigen können, dass Gcn4 das Leben verlängern kann, indem es das Ablesen von Genen unterdrückt, die für die Proteinsynthese in der Zelle wichtig sind. Da die Translationsmaschinerie der limitierende Faktor ist, wird die energieaufwändige Produktion neuer Proteine insgesamt heruntergefahren.“ Aus Sicht der Hefezellen ist dies von Vorteil: Sie leben dadurch bis zu etwa 40 Prozent länger als gewöhnlich.

Transkriptionsfaktor unter Lebewesen weit verbreitet

Der Transkriptionsfaktor Gcn4 ist evolutionär konserviert und wurde bereits in über 50 verschiedenen Organismen, darunter auch Säugetiere, nachgewiesen und spielt damit wahrscheinlich in vielen dieser Lebewesen eine bedeutende Rolle beim Altern.

Die Wissenschaftler um Zavolan möchten nun herausfinden, ob der Transkriptionsfaktor auch in Säugetieren die Gene für die Proteinsynthese steuert und als Antwort auf Nährstoffmangel und Stress den Altersprozess verlangsamt und die Lebenserwartung erhöht.

Originalpublikation: Nitish Mittal, Joao C. Guimaraes, Thomas Gross, Alexander Schmidt, Arnau Vina-Vilaseca, Danny D. Nedialkova, Florian Aeschimann, Sebastian A. Leidel, Anne Spang, Mihaela Zavolan: The Gcn4 transcription factor reduces protein synthesis capacity and extends yeast lifespan, Nature Communications (2017), doi: 10.1038/s41467-017-00539-y

* Dr. K. Bühler: Universität Basel, 4001 Basel/Schweiz