Genetische Grundlagen biologischen AlternsH. D. Osiewacz, Institut für Molekulare Biowissenschaften

4. Mai 2006

Alterspyramide (Gemälde)

4. Mai 2006

Abnahme der Lungen- und Nierenfunktion während des Altern beim Menschen

4. Mai 2006

Alterskorrelierte Mortalität verschiedener Krebsarten

4. Mai 2006

L. Kranach d.Ä.: Der Jungbrunnen (1546)

4. Mai 2006

Alternstheorien

• Warum altern biologische Systeme?→ Evolutionstheorien

• Wie altern biologische Systeme?→ Mechanismen des Alterns

4. Mai 2006

Wie altern biologische Systeme?Mechanismen des Alterns

• Stochastische Theorien Altern ist eine zufällige Folge schädlicher Ereignisse

• Deterministische Theorien (Programmtheorien)Altern ist ein endogener, genetisch programmierter Prozess

4. Mai 2006

Wie altern biologische Systeme?Mechanismen des Alterns

Stochastische Theorien• Theorie der freien Radikale (Harman 1954)• Mutationstheorie (Szilard 1959)• Fehlerkatastrophentheorie (Orgel 1963)

4. Mai 2006

Deterministische Theorien (Programmtheorien)• Stoffwechseltheorie (Rubner 1908)• Zellteilungstheorie (Hayflick 1969)

Maximale Lebensspanne bei

Tieren

4. Mai 2006

Jeanne Calmentverstarb am 4. August 1997 im Alter von 122 Jahren und 164

Tagen in Arles, Frankreich

4. Mai 2006

4. Mai 2006

Maximale Lebensspanne bei

Pflanzen

Werner‘s Syndrom

4. Mai 2006

Progeria infantilis

4. Mai 2006

Modellsysteme in der Alternsforschung

4. Mai 2006

Altern bei Podospora anserina

4. Mai 2006

4. Mai 2006

Langlebige Stämme von P. anserina

Stamm Ort der Mutation Lebensspanne

WT (s) - 25 dincoloris (i) nDNA (III) 42 dvivax (viv) nDNA (III) 66 dgrisea (gr) nDNA (IV) 39 dgr viv nDNA (IV+III) > 9ai viv nDNA (III) >12a

ex1 mtDNA > 15aex2 mtDNA > 6.5a

4. Mai 2006

Die Zelle heterotropher Eukaryonten

4. Mai 2006

Glucose + O2

Energietransfer im

Ökosystem

4. Mai 2006

Mitochondrien: Orte der oxidativenPhosphorylierung

ca. 36 ATP2 ATP

O2

4. Mai 2006

Mitochondrien: Atmungskette + ATP-Synthase

4. Mai 2006

UQI

II

III

Cytc

NADH + H

NAD

+

+

H+H+ H+

Succinat

Fumarat

ADP +P ATPi H+

ATPSynthase

Cu

IV

Cu

CuV

Intermembran Raum

Matrix

H+

1/2O2 +2H+ H2O

4. Mai 2006

Intermembran Raum

Matrix

O2

+ H+

MnSOD

H2O2 OH -.OH -

Cu2+Cu+

4. Mai 2006

Reaktive Sauerstoffver-bindungen (ROS):

.O2- (Superoxidanion),

H2O2 (Wasserstoffperoxid).OH- (Hydroxylradikal)

UQI

II

III

Cytc

NADH

NAD+

H+H+ H+

Succinat

Fumarat

ADP +P ATPi H+

ATPSynthase

Cu

IV

Cu

CuV

H+

O2 +4H+ 2 H2O

O2.-

O2.-

2H+

H+

UQI

II

III

Cytc

NAD H + H

NAD

+

+

H+H+

ADP +P ATPi H+

ATPSynthase

Cu

IV

CuCu

V

H+

1/2O2 +2H+ H2O

ROS

***

****

* *

4. Mai 2006

Langlebige Stämme von Podospora anserina

Wildstamm (25 d)

Grisea (39d)

PaCox17::ble (>280 d)

Wildstamm (25d)

4. Mai 2006

UQI II

NAD H +

NAD

+

+

H +

SuccinateFumarate

1/2 O +2H H O2 2+

AOX

ROS

SHAM

ADP +P ATPiH+

ATPSynthase

V

H

4. Mai 2006

ATP

UQIII

III

Cytc

NAD H + H

NAD

+

+

H+H+ H+

SuccinateFumarate

ADP +Pi

H+

1/2 O + 2 H H O2 2+

ATPSynthase

IV

ROS

ROS

V

Defekte Mitochondrien akkumulieren während des Alterns

4. Mai 2006

effektiveSchutzsysteme wenig effektive

Schutzsysteme

Kalorienrestriktion bei Nagetieren

4. Mai 2006

Kalorienrestriktion bei Affen

4. Mai 2006

Kalorienrestriktion beim Menschen ???

Mitochondria and Ageing

Cu Cu

Cu

CuCu

CuCu

Cu

CuCu

Cu

4. Mai 2006

Project: The Role of Mitochondria in Conserved Mechanisms of Ageing

(11 Partners, 6 Countries, Coordinator: H.D. Osiewacz, Frankfurt)

4. Mai 2006

Alternsmodelle

Saccharomyces cerevisiae Podospora anserina Drosophila melanogaster

Caenorhabditis elegans

Cell culturesMus spec

4. Mai 2006

Historische Entwicklung der Lebenserwartung

4. Mai 2006

Änderungen der Alternstruktur und Deutschland

4. Mai 2006

Demographische FaktenStatistisches Bundesamt 2000

•Ein heute geborenes Kind hat eine über 30 Jahre höhere Lebenserwartung als ein Kind, das vor 100 Jahren geboren wurde (Tendenz steigend).

4. Mai 2006

• 2000: 40 Personen im Rentenalter (60 oder älter) treffen auf 100 Personen im erwerbsfähigen Alter (20-59 Jahre).

• 2050: 80 Personen im Rentenalter treffen auf 100 Personen im erwerbsfähigen Alter.

Demographische VorhersagenStatistisches Bundesamt 2000

4. Mai 2006

4. Mai 2006

Forever Young

Altern Buch

Apoptose• Dr. Andrea Hamann• Diana Brust• Yasmine Bernhards• Mathis Müller-Ohldach

Kupferhomöostase• Jürgen Grief• Kadina Masic

Johann Wolfgang Goethe-UniversitätInstitut für Molekulare Biowissenschaften- Biozentrum

Molekulare Entwicklungsbiologie

Mitochondrien-Dynamik• Christian Scheckhuber• Joyceline Wüstehube

Hitzeschockproteine• Tobias Kensche

Signaltranduktion• Francisco Galera

Proteinschädigung& -qualitätskontrolle• Birgit Kunstmann• Karin Jezek

Administrative Aufgaben: Dr. Markus Bucher, Barbara TaraziTechnische Assistenz: Sieglinde Kost, Gabriele Seelbach, Alexandra Werner

Förderung durch:

PROTEOMAGELINKAGE

4. Mai 2006