Eine kürzlich in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie zeigt, dass verschiedene Widrigkeiten, die Menschen in der Kindheit erleben, dauerhafte epigenetische „Abdrücke“ in verschiedenen Geweben hinterlassen und sich durch komplexe molekulare Mechanismen auf ihre Gesundheit und ihren Alterungsprozess im Laufe ihres Lebens auswirken. Die Ergebnisse der Langzeitbeobachtung einer Gruppe frei lebender Makaken, die auf „Monkey Island“ leben, gelten als einer der bisher stärksten Beweise dafür, wie frühe Widrigkeiten epigenetische Zustände im gesamten Körper prägen.
Bei den Forschungsobjekten handelte es sich um Rhesusaffen, die auf Cayo Santiago lebten, einer etwa 38 Hektar großen Insel vor der Ostküste Puerto Ricos, die vor Ort allgemein als „Affeninsel“ bekannt ist. Auf der Insel leben mehr als 1.500 frei lebende Rhesusaffen, die von der Universität von Puerto Rico und dem Caribbean Primate Research Center verwaltet werden. Forscher haben für 237 Makaken seit ihrer Geburt detaillierte Lebensgeschichtendateien erstellt und Genomdaten aus 12 Geweben im Erwachsenenalter gesammelt.
Die Studie wurde gemeinsam von Wissenschaftlern der Arizona State University, der Vanderbilt University und mehreren Institutionen durchgeführt und konzentrierte sich auf die Analyse der DNA-Methylierung, einer wichtigen epigenetischen Markierung. DNA-Methylierungsmuster werden oft verwendet, um „epigenetische Uhren“ zu konstruieren, um das chronologische Alter (tatsächliche Lebensspanne) und das biologische Alter (Alter, das durch den physiologischen Zustand des Körpers angezeigt wird) eines Individuums abzuschätzen. Das Forschungsteam konstruierte äußerst präzise gewebespezifische epigenetische Uhren für eine Vielzahl von Geweben, die den Altersvorhersagefehler von Makaken auf etwa ein Jahr beschränken können.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Alterung in verschiedenen Geweben des Körpers auf molekularer Ebene nicht gleichmäßig voranschreitet und dass es mit zunehmendem Alter erhebliche Unterschiede im Verlauf der DNA-Methylierung in verschiedenen Geweben gibt. Beispielsweise waren altersbedingte Methylierungssignale in der Thymusdrüse und der Hypophyse besonders stark, während andere Gewebe mildere Veränderungen zeigten. Dennoch haben Forscher ein gewisses Maß an Synergie zwischen mehreren Geweben beobachtet: Personen, die in einem Gewebe „biologisch älter“ zu sein scheinen, zeigen häufig ähnliche „Alterungstendenzen“ in anderen Geweben, was darauf hindeutet, dass das Altern eine synchronisierte Komponente zwischen Organsystemen hat.
Ein weiteres Kernthema der Forschung sind Widrigkeiten im frühen Leben. Das Team untersuchte Faktoren wie den Tod der Mutter, den niedrigeren sozialen Status der Mutter und das Aufwachsen in dicht besiedelten sozialen Gruppen und verglich diese Erfahrungen mit DNA-Methylierungsmustern in verschiedenen Geweben im Erwachsenenalter. Die Analyse ergab, dass jede Art von frühen Widrigkeiten tendenziell den Methylierungsstatus bestimmter Regionen im Genom beeinflusst. Sobald diese Regionen betroffen sind, treten entsprechende Methylierungsänderungen tendenziell gleichzeitig in mehreren Geweben auf.
Die Forscher identifizierten Tausende von Genomregionen, deren DNA-Methylierungsmuster deutlich mit frühen Widrigkeiten verbunden waren, von denen sich viele auch mit altersbedingten Methylierungsänderungen überschnitten. Allerdings handelt es sich bei diesem überlappenden Zusammenhang nicht einfach nur um „beschleunigtes Altern“: In manchen Bereichen sehen die durch Widrigkeiten verursachten Veränderungen wie eine Verstärkung von Alterseffekten aus, während sie in anderen Bereichen scheinbar in die entgegengesetzte Richtung verlaufen. Wie Rachel Petersen, eine der Co-Erstautorinnen der Arbeit und Postdoktorandin an der Vanderbilt University, erklärte, zeigt dies, dass Widrigkeiten in der Kindheit nicht nur „den Schnellvorlaufknopf drücken“, sondern die epigenetische Landschaft im gesamten Körper auf komplexere Weise umgestalten.
In einigen Geweben, etwa der Hypophyse, scheinen frühe Widrigkeiten die mit dem Altern verbundenen molekularen Signaturen zu verstärken, während andere Gewebe unterschiedliche Reaktionsmuster aufweisen. Dies deutet auch darauf hin, dass viele der mit Widrigkeiten in der Kindheit verbundenen Gesundheitsrisiken über biologische Wege auftreten können, die teilweise unabhängig vom Alterungsprozess sind und nicht einfach das Ergebnis einer „schnelleren Alterung“ sind. Die Forschung stellt somit die herkömmliche Sichtweise in Frage, dass Widrigkeiten in der Kindheit lediglich ein universeller Beschleuniger des biologischen Alters seien.
Die Autoren des Papiers wiesen darauf hin, dass es für ein wirkliches Verständnis des Zusammenhangs zwischen Umweltfaktoren und Alterung notwendig sei, mehrere Gewebeebenen gleichzeitig zu untersuchen und sich nicht nur auf einen einzigen Probentyp zu verlassen. In der Vergangenheit konzentrierten sich viele Studien am Menschen auf die Entnahme von Blutproben, da diese relativ einfach zu gewinnen sind. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die alleinige Verwendung von Blut möglicherweise eine große Anzahl wichtiger molekularer Veränderungen, die in anderen Geweben auftreten, außer Acht lässt. Wie Amanda Lea, Assistenzprofessorin an der Vanderbilt University, sagte: „Blut zeichnet nur einen Teil des Bildes. Verschiedene Gewebe haben ihre eigenen epigenetischen Landschaften und reagieren auf Alter und Widrigkeiten auf unterschiedliche Weise.“
Rhesusaffen eignen sich als Modelle für diese Art von Forschung, da sie dem Menschen sowohl in der Biologie als auch im Sozialverhalten große Ähnlichkeiten aufweisen. Gleichzeitig leben sie in einem von Natur aus komplexen sozialen Umfeld und erleben Lebensereignisse, die der wilden oder realen menschlichen Umgebung näher kommen. Diese äußerst seltene Datensammlung ermöglicht es Forschern, detaillierte individuelle Lebensgeschichten auf epigenetische molekulare Veränderungen im gewebeübergreifenden Maßstab abzubilden, was derzeit in den meisten Studien am Menschen schwierig zu erreichen ist.
Diese Forschung vertieft nicht nur unser Verständnis der Biologie des Alterns, sondern liefert auch neue Erkenntnisse über die „Entwicklungsursprünge“ von Gesundheit und Krankheit. Indem die Forschung zeigt, wie frühe Erfahrungen auf epigenetischer Ebene in mehreren Geweben Spuren hinterlassen, liefert sie eine mögliche mechanistische Erklärung dafür, wie sich die Umgebung in der Kindheit viele Jahre später auf die Gesundheit auswirkt. Wie Noah Snyder-Mackler, Professor an der Arizona State University, betonte, ist das frühe Leben ein entscheidendes Fenster für die biologische Entwicklung, und Erfahrungen in dieser Zeit können dauerhafte Spuren im Genom hinterlassen und so den Gesundheitsverlauf im gesamten Lebenszyklus prägen.
Das Forschungsteam erinnerte auch daran, dass die Auswirkungen von Widrigkeiten äußerst komplex sind. Verschiedene Formen von Widrigkeiten führen nicht zu genau den gleichen Ergebnissen und ihre langfristigen Auswirkungen hängen vom Zeitpunkt des Auftretens, der spezifischen Umgebung und individuellen Unterschieden ab. Amanda Lea wies darauf hin, dass dies keine einfache lineare Geschichte sei und dass sie deshalb wissenschaftlich attraktiv sei – Wissenschaftler erkennen nach und nach, wie Lebenserfahrungen in die Biologie eingeschrieben werden und warum sich diese molekularen Signaturen innerhalb und zwischen Individuen unterscheiden.
Da immer mehr Forschung die Zusammenhänge zwischen Umwelt, Epigenetik und Altern untersucht, verändert sich das Verständnis von „Altern“. Diese Makaken-Studie zeigt, dass Altern nicht nur das Ergebnis des Zeitablaufs ist, sondern auch stark von den einzigartigen Lebensereignissen jedes Einzelnen beeinflusst wird. Diese Kindheitsschwierigkeiten und -erfahrungen hinterlassen unauslöschliche molekulare „Narben“ im Körper, die ein Leben lang anhalten.