09.06.2022 - Buck Institute

Verblüffender Zusammenhang zwischen Ernährung, Augengesundheit und Lebenserwartung

"Die Erkenntnis, dass das Auge selbst, zumindest bei der Fruchtfliege, die Lebensspanne direkt regulieren kann, hat uns überrascht"

Forscher des Buck-Instituts haben zum ersten Mal einen Zusammenhang zwischen Ernährung, zirkadianen Rhythmen, Augengesundheit und Lebensspanne bei Drosophila nachgewiesen. In der am 7. Juni 2022 in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie fanden sie zusätzlich und unerwartet heraus, dass Vorgänge im Auge der Fliege den Alterungsprozess tatsächlich vorantreiben.

Frühere Studien haben beim Menschen gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen Augenerkrankungen und schlechter Gesundheit gibt. "Unsere Studie deutet darauf hin, dass es sich um mehr als nur eine Korrelation handelt: Funktionsstörungen des Auges können tatsächlich Probleme in anderen Geweben hervorrufen", sagte der Hauptautor und Professor am Buck Institute, Dr. Pankaj Kapahi, dessen Labor seit Jahren nachweist, dass Fasten und Kalorienrestriktion viele Funktionen des Körpers verbessern können. "Wir zeigen jetzt, dass Fasten nicht nur das Sehvermögen verbessert, sondern dass das Auge tatsächlich eine Rolle bei der Beeinflussung der Lebensspanne spielt.

"Die Erkenntnis, dass das Auge selbst, zumindest bei der Fruchtfliege, die Lebensspanne direkt regulieren kann, war für uns eine Überraschung", so der Hauptautor Brian Hodge, PhD, der als Postdoktorand im Labor von Kapahi arbeitete.

Die Erklärung für diesen Zusammenhang, so Hodge, liegt in den zirkadianen Uhren", der molekularen Maschinerie in jeder Zelle eines jeden Organismus, die sich entwickelt hat, um sich an die täglichen Belastungen anzupassen, wie z. B. die durch den Auf- und Untergang der Sonne verursachten Licht- und Temperaturschwankungen. Diese 24-Stunden-Oszillationen - zirkadiane Rhythmen - beeinflussen komplexe tierische Verhaltensweisen wie Raubtier-Beute-Interaktionen und Schlaf-Wach-Zyklen, bis hin zur Feinabstimmung der zeitlichen Regulierung molekularer Funktionen der Gentranskription und Proteinumsetzung.

Im Jahr 2016 veröffentlichte Kapahis Labor eine Studie in der Zeitschrift Cell Metabolism, die zeigte, dass Fruchtfliegen, die eine eingeschränkte Ernährung erhielten, signifikante Veränderungen in ihren zirkadianen Rhythmen aufwiesen und zudem ihre Lebensspanne verlängerten. Als Hodge später im selben Jahr zum Labor stieß, wollte er genauer herausfinden, welche Prozesse, die die zirkadianen Funktionen verbessern, durch die Ernährungsumstellung verändert wurden und ob zirkadiane Prozesse für die längere Lebensspanne erforderlich sind, die bei der Ernährungseinschränkung beobachtet wurde.

"Die Fruchtfliege hat eine so kurze Lebensspanne, dass sie ein wirklich schönes Modell ist, mit dem wir viele Dinge auf einmal untersuchen können", sagte Hodge, der derzeit als Wissenschaftler bei Fountain Therapeutics in South San Francisco tätig ist. Die Studie begann mit einer breit angelegten Untersuchung, um herauszufinden, welche Gene zirkadian schwingen, wenn Fliegen mit uneingeschränkter Ernährung mit solchen verglichen werden, die nur 10 Prozent des Proteins der uneingeschränkten Ernährung erhalten.

Sofort fielen Hodge zahlreiche Gene auf, die sowohl auf die Ernährung reagierten als auch zu verschiedenen Zeitpunkten Auf- und Abschwünge zeigten, also "rhythmisch" waren. Er entdeckte dann, dass die rhythmischen Gene, die am stärksten durch die Nahrungseinschränkung aktiviert wurden, alle aus dem Auge zu stammen schienen, insbesondere aus den Photorezeptoren, den spezialisierten Neuronen in der Netzhaut des Auges, die auf Licht reagieren.

Dieser Befund führte zu einer Reihe von Experimenten, die darauf abzielten, zu verstehen, wie die Augenfunktion in die Geschichte passt, wie eine eingeschränkte Ernährung die Lebensspanne verlängern kann. So führten sie beispielsweise Experimente durch, die zeigten, dass die Haltung von Fliegen in ständiger Dunkelheit ihre Lebensspanne verlängert. "Das kam uns sehr seltsam vor", sagt Hodge. "Wir dachten, die Fliegen bräuchten rhythmische oder zirkadiane Lichtreize".

Mit Hilfe der Bioinformatik stellten sie dann die Frage: Beeinflussen die Gene im Auge, die ebenfalls rhythmisch sind und auf Ernährungseinschränkungen reagieren, die Lebensspanne? Die Antwort lautete: Ja, das tun sie.

"Wir denken immer an das Auge als etwas, das uns dient, um zu sehen. Wir sehen es nicht als etwas an, das geschützt werden muss, um den gesamten Organismus zu schützen", sagte Kapahi, der auch außerordentlicher Professor für Urologie an der UCSF ist.

Da die Augen der Außenwelt ausgesetzt sind, so Kapahi, ist die Immunabwehr dort besonders aktiv, was zu Entzündungen führen kann, die, wenn sie über einen längeren Zeitraum bestehen, eine Reihe häufiger chronischer Krankheiten verursachen oder verschlimmern können. Darüber hinaus kann Licht an sich eine Degeneration der Photorezeptoren verursachen, was wiederum zu Entzündungen führen kann.

"Das Starren auf Computer- und Telefonbildschirme und die Lichtverschmutzung bis weit in die Nacht hinein sind Bedingungen, die die zirkadiane Uhr stark stören", sagte Kapahi. "Dadurch wird der Schutz des Auges gestört, und das kann Folgen haben, die über die Sehkraft hinausgehen und auch den Rest des Körpers und das Gehirn schädigen.

Es gibt noch viel zu verstehen über die Rolle, die das Auge für die allgemeine Gesundheit und Lebensdauer eines Organismus spielt, z. B.: Wie reguliert das Auge die Lebensdauer, und gilt derselbe Effekt auch für andere Organismen?

Die wichtigste Frage, die diese Arbeit für den Menschen aufwirft, lautet ganz einfach: Beeinflussen die Photorezeptoren bei Säugetieren die Langlebigkeit? Wahrscheinlich nicht so sehr wie bei der Fruchtfliege, sagt Hodge, denn bei der Fruchtfliege wird der Großteil der Energie für das Auge aufgewendet. Aber da Photorezeptoren nur spezialisierte Neuronen sind, so Hodge, "würde ich sagen, dass die stärkere Verbindung die Rolle ist, die die zirkadiane Funktion in Neuronen im Allgemeinen spielt, insbesondere bei Ernährungseinschränkungen, und wie diese genutzt werden kann, um die neuronale Funktion während des Alterns aufrechtzuerhalten".

Sobald die Forscher verstehen, wie diese Prozesse ablaufen, können sie gezielt in die molekulare Uhr eingreifen, um den Alterungsprozess zu verlangsamen, so Hodge, der hinzufügt, dass der Mensch möglicherweise seine Sehkraft erhalten kann, indem er die Uhren in seinen Augen aktiviert. "Das könnte durch Ernährung, Medikamente oder Änderungen des Lebensstils geschehen... Es liegen noch viele wirklich interessante Forschungsarbeiten vor uns", sagte er.

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