Chinesische Wissenschaftler haben das Geheimnis der erstaunlichen Langlebigkeit der Maus in ihrer DNA entdeckt.

Es gibt ein ehernes Naturgesetz: Je größer eine Art, desto länger leben ihre Mitglieder. Aus diesem Grund leben Wale länger als Elefanten und Elefanten länger als Löwen. Es gibt nur sehr wenige Tiere, die diesem Gesetz nicht folgen. Der Mensch hat es dank seiner Kultur umgangen. Aber es gibt ein kleines Tier, das sich darüber lustig macht. Aufgrund ihrer Größe sollte die Rasiermaus ( Heterocephalus glaber ) nicht älter als zwei Jahre werden, aber sie wird oft fast vierzig Jahre alt. Darüber hinaus altern sie gesund und entwickeln keine altersbedingten Krankheiten wie Krebs, neurodegenerative Erkrankungen oder Arthrose. Eine in Science veröffentlichte Studie weist nun auf vier Mutationen hin, die ihre DNA-Reparatur zu einer perfekten Maschine machen.

Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler hat mithilfe fortschrittlicher Gentherapieverfahren die Zellalterung bei Mäusen untersucht, um deren extreme Langlebigkeit zu erklären. Dieses Nagetier, das in Kolonien von zwei bis drei Dutzend dicht gedrängt in den Regionen rund um das Horn von Afrika lebt, fasziniert die Wissenschaft seit Jahrzehnten. Diesmal konzentrierten sich die Forscher auf den Mechanismus der DNA-Reparatur . Zu den schwerwiegendsten Schäden, die auftreten können, gehört ein sogenannter Doppelstrangbruch (die Doppelhelix) der DNA. Dabei geht auf beiden Strängen genetisches Material verloren. Dies ist eine natürliche Folge des Zyklus aus Zellreplikation und -teilung. Um diesen Schaden zu reparieren, greifen die Zellen auf homologe Rekombination zurück, bei der sich identische oder sehr ähnliche DNA-Moleküle gegenseitig genetische Fragmente leihen. Der Schlüssel zu diesem Prozess ist die Aktivierung des Enzyms cGAS.

„Das cGAS von Ratten funktioniert bei der Regulierung der homologen Rekombinationsreparatur umgekehrt wie das von Menschen und Mäusen“, erklärt Yu Chen, Forscher an der Tongji-Universität in Shanghai, China, und Erstautor der Studie, in einer E-Mail. „Rattenzellen wachsen langsamer. Daher können DNA-Schäden in diesen Zellen länger bestehen bleiben, ohne repariert zu werden, was schließlich zu sterilen Entzündungen und dem Beginn der Alterung führt“, erinnert sich Chen.

Die Enzyme der Nagetiere bleiben jedoch länger aktiv, sodass sie mehr Elemente rekrutieren können, die wie Mechaniker in einer Werkstatt die Stabilität des Genoms im Zellkern jeder Zelle verlängern. Forscher haben herausgefunden, dass sich diese Enzyme von ihren menschlichen Gegenstücken oder denen von Labormäusen durch vier Mutationen in zwei Aminosäuren unterscheiden. Sie fanden heraus, dass diese „die Rekrutierung von DNA-Reparaturfaktoren an beschädigte Stellen förderten und die Reparatureffizienz verbesserten; dies trägt langfristig dazu bei, die Zell- und Gewebealterung zu verlangsamen und die Lebensdauer zu verlängern“, erklärt Chen.

Um die Rolle dieser vier Mutationen zu bestätigen, veränderten sie Fruchtfliegen ( Drosophila melanogaster ) genetisch, das in Labors am besten erforschte Insekt, über das fast alles bekannt ist. Einige Fliegen wurden so manipuliert, dass sie das menschliche cGAS-Enzym exprimierten, während andere das gleiche Enzym besaßen, allerdings mit den vier bei den Mausfliegen festgestellten Mutationen. Sie schufen praktisch Superfliegen: Die Fliegen mit dem Nagetiermaterial verbesserten ihr Verdauungssystem, zeigten auch im fortgeschrittenen Alter größere Beweglichkeit und waren widerstandsfähiger gegen Infektionen, und die Weibchen behielten ihre Fähigkeit, Eier zu legen, auch im Alter. Und was noch wichtiger ist: Während die Fliegen mit menschlichem genetischen Material genauso lange lebten wie die unveränderten (etwa 70 Tage), lebten die Fliegen mit Mausfliegen-Genetik einige Wochen länger.

Ähnliches versuchten sie mit Labormäusen, die so verändert waren, dass sie Enzyme normaler Ratten exprimierten oder Veränderungen in den vier von ihnen identifizierten Aminosäuren aufwiesen. Nach zwei Monaten beobachteten sie, dass die Mäuse mit dem cGAS der rasierten Ratte insgesamt weniger Anzeichen von Alterung und insbesondere von Zellseneszenz zeigten. Als sie nach anderen Nagetieren suchten, die diese Enzyme mit umgekehrtem Wirkmechanismus besaßen, stellten die Forscher fest, dass nur zwei weitere Arten diese Aminosäureveränderungen in ihrer Zellmaschinerie aufweisen: das Grauhörnchen und der Blindmull. „Das Grauhörnchen und der Blindmull haben eine Lebenserwartung von über 20 Jahren“, schlussfolgert Chen.

In einem ebenfalls in Science veröffentlichten Kommentar betonen Wissenschaftler der University of Rochester (USA), die sich mit der Alterung befassen, die Entdeckung der unterschiedlichen Rolle von cGAS-Enzymen dank nur vier Veränderungen, die „letztlich zu höheren DNA-Reparaturraten führen“. Eine der Unterzeichnerinnen dieses Artikels ist Vera Gorbunova , die seit Jahren die Maus als Modell für die Erforschung der Ursachen des Alterns untersucht. In einer E-Mail schreibt sie: „Wir lernen daraus, dass wir durch die Veränderung von cGAS oder seines nachgelagerten Signalwegs die Genomstabilität verbessern, Entzündungen reduzieren und Langlebigkeit und Gesundheit fördern können.“

Manel Esteller ist ein weiterer führender Experte auf dem Gebiet der Alterungsforschung, in seinem Fall am Josep Carreras Leukämieforschungsinstitut. Die Maus ist für ihn auch wegen ihrer außergewöhnlichen Resistenz gegen Krebs interessant. „Diese andere finale Form des cGAS-Gens bewirkt, dass sie Fehler und Brüche im genetischen Material schnell repariert, was die Alterung ihrer Zellen verzögert und ihre Lebensdauer erhöht“, betont Esteller. Der katalanische Wissenschaftler weist darauf hin, dass es neben den von Chens Gruppe entdeckten Faktoren noch weitere geben muss, die zur „unglaublichen Langlebigkeit der Maus unter extremen Lebensbedingungen“ beitragen. „Die Entdeckung ist jedoch bedeutsam, weil sie zeigt, wie die Evolution unsere Gene formt, um uns je nach Umwelt einen Überlebensvorteil zu verschaffen.“

Säugetiere in Ameisenhaufen

Eine weitere kürzlich veröffentlichte Studie enthüllt alle Geheimnisse der Sozialstruktur des Nacktmulls, der in Kolonien lebt, die denen von Ameisen sehr ähnlich sind. Die Umgebung, in der sich diese Nagetiere – auch Nacktmulle genannt – entwickeln, ist ebenso einzigartig wie ihre Molekularbiologie. Bekannt war, dass sich in ihren Kolonien nur ein Weibchen fortpflanzt und sich mit zwei oder drei Männchen paart. Der Rest ist steril. Über ihre Sozialstruktur und Organisation war jedoch wenig bekannt. Die Tatsache, dass sie dicht gedrängt, einer auf dem anderen, in engen unterirdischen Hohlräumen leben, erschwerte die Erforschung der Gesellschaft der Nacktmulle. Und dann kam die RFID-Technologie.

An der Universität Tokio (Japan) gibt es eine der größten Sammlungen rasierter Ratten in Gefangenschaft: über 100 Tiere, verteilt auf fünf Kolonien. Wie in Science Advances beschrieben, implantierten sie ihnen einen winzigen RFID-Tag (wie er auf unzähligen Produkten zu finden ist und Alarm auslöst). Auf diese Weise konnten sie die Tiere jederzeit identifizieren. Innerhalb eines Monats zeichneten sie über 83 Millionen Ereignisse auf und glauben, auf dieser Grundlage ihre Organisation und ihr Sozialverhalten entschlüsselt zu haben.

Sie bestätigten die zentrale Rolle der sogenannten Züchter , der Königin und ihrer Gefährten, für die der Rest der Kolonie arbeitet. Bisher glaubte man, dass es unter den Nicht-Züchtern keine Arbeitsteilung gibt, abgesehen von der Tatsache, dass die ältesten und größten für die Verteidigung der Kolonie gegen Raubtiere und rivalisierende Gruppen verantwortlich sind. Doch so einfach ist es nicht. Sie entdeckten, dass sich einige Mäusefresser auf die Reinigung der Kammer spezialisiert zu haben scheinen, in der sie urinieren und koten, während andere für die Müllkammer zuständig sind und eine weitere Gruppe sich dem Transport der Einstreu widmet.

Für die Autoren weist diese Säugetierart eine Arbeitsteilung auf, die als zeitlicher Polyethismus bezeichnet wird. Dabei erfüllen die Mitglieder der Gemeinschaft je nach Alter unterschiedliche Aufgaben. Bienen, Ameisen und Termiten sind Arten, die auf diese Weise funktionieren. Und nun ist bekannt, dass die Rasiermaus dies ebenfalls tut.