Telomerase: Enzym mit zwei Gesichtern

  • Telomerase, ein Enzym, das für die Unsterblichkeit von Zellen notwendig ist, wird auch von Tumorzellen für ihr unkontrolliertes Wachstum benötigt. [Grafik: Kerstin Wagner, FLI / Quelle: Wikimedia Commons; Sierra Sciences, LLC; http://commons.wikimedia.org/wiki/]Telomerase, ein Enzym, das für die Unsterblichkeit von Zellen notwendig ist, wird auch von Tumorzellen für ihr unkontrolliertes Wachstum benötigt. [Grafik: Kerstin Wagner, FLI / Quelle: Wikimedia Commons; Sierra Sciences, LLC; http://commons.wikimedia.org/wiki/]

Telomerase ist ein Enzym, das für die Unsterblichkeit von Zellen notwendig ist. Forscher des Leibniz-Instituts für Altersforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena haben in Kooperation mit der Universität Ulm eine neue Funktion der Telomerase aufgedeckt. Das Brisante dabei: die Aktivität des Enzyms wird auch von Tumorzellen für ihr unkontrolliertes Wachstum benötigt. Diese Erkenntnis könnte dabei helfen, Unterschiede zwischen dem unkontrollierten Zellwachstum im Tumorgewebe und dem kontrollierten Zellwachstum im normalen Gewebe abzuleiten.

Das Enzym Telomerase wird für die vollständige und fehlerlose Teilung des Erbguts, der DNA, benötigt. Beim Menschen wird dieses Enzym in der frühen Embryogenese und beim Erwachsenen nur in Stammzellen und bestimmten, speziellen Zellen gebildet. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Enden der Chromosomen, die Telomere, intakt zu halten, um sie vor DNA-Schäden zu schützen. Die Telomerase spielt deshalb bei der Zellalterung und der Krebsentstehung eine zentrale Rolle, da neben Stammzellen auch Tumorzellen dieses Enzym für ihre Teilungsprozesse benötigen.

Während in Stammzellen die Synthese der Telomerase kontrolliert abläuft, ist diese Kontrolle bei Tumorzellen verlorengegangen. Das Abschalten der Telomerase dient in den meisten Zellen also zum Schutz des Organismus gegen Tumorentstehung. Diese Erkenntnis könne dabei helfen, um das unkontrollierte Zellwachstum im Tumorgewebe vom kontrollierten Zellwachstum im normalen Gewebe zu unterscheiden, erklärt PD Dr. Cagatay Günes vom FLI, der als Senior-Koautor die Studie mit seinem Kollegen PD Dr. Sebastian Iben von der Universität Ulm initiiert hat.

Telomerase hat weitere Aufgaben

Es hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass neben der Schutzfunktion an den Chromosomen-Enden die Telomerase auch noch andere Aufgaben bewerkstelligt. Die Forschungsarbeiten zeigen, dass sich die Telomerase unter bestimmten Bedingungen wie ein Dirigent verhält, um in unterschiedlichen Zellbereichen die für das Zellwachstum notwendigen Gene zu kontrollieren. Nucleoli - auch Kernkörperchen genannt - sind funktionelle Bereiche im Zellkern, in denen unter anderem die Bausteine der Ribosomen synthetisiert werden.

Ribosomen sind kleine Partikel, an denen Proteine (Eiweiße) hergestellt werden. Sie übersetzen die genetische Information in funktionelle Eiweiße und schaffen somit - quasi als „zelluläre Fabriken" - die Grundlage für alle biochemischen Funktionen in der Zelle. Die Menge an Bausteinen für die Ribosomen wird dem zellulären Bedarf angepasst.

Die Arbeiten zeigten, dass die Telomerase bei dem Prozess der Bereitstellung von Ribosomen-Bausteinen eine modulatorische Funktion besitze, berichtet Dr. Günes. Unter normalen Wachstumsbedingungen funktioniere die Telomerase hauptsächlich an den Enden der Chromosomen. Unter hoch proliferativen Bedingungen, wenn also zum Beispiel ein ganzes Organ regeneriert werden müsse und ein Mehrbedarf an Ribosomen bestehe, induziere die Telomerase jedoch die Erhöhung der ribosomalen RNA. Die Forscher konnten diesen Prozess während der Regeneration der Leber nachweisen. Diese Fähigkeit machen sich offensichtlich auch die Tumorzellen zu Nutze: Wurden im Labor normale Zellen experimentell zu Tumorzellen umgewandelt, dann aktivierte die Telomerase die Bildung von ribosomalen RNAs.

Neue Ansätze gegen Krebszellen und für die Alternsforschung

Diese Erkenntnis erlaubt einen völlig neuen Einblick in die komplexe Funktionsweise der Telomerase bei unterschiedlichen zellulären Prozessen. Daraus ergeben sich auch neue Fragenstellungen, die es nun zu untersuchen gilt. Die Hauptfrage sei: Wie gelangt die Telomerase an diese Orte? Mit diesem Wissen würde die Möglichkeit bestehen, den Transport der Telomerase in die Nucleoli - speziell in Tumorzellen - zu unterbinden; ein neuer Ansatz zur Therapie von Krebserkrankungen. Darüber hinaus wäre es auch wichtig zu untersuchen, wie sich in Stammzellen die Funktion der Telomerase während des Alterungsprozesses verändert.

Originalpublikation:

Gonzalez O.G. et al.: Telomerase stimulates ribosomal DNA transcription in hyperproliferative conditions, Nature Communications (2014)

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