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Hallmark 4 von 12

Verlust der Proteostase

Eine Zelle stellt ununterbrochen Proteine her, und jedes davon muss sich in eine präzise dreidimensionale Form falten. Ein ganzes Netzwerk aus Helferproteinen und Abbauwegen sorgt dafür, dass falsch gefaltete Exemplare korrigiert oder entsorgt werden. Dieses Netzwerk heißt Proteostase. Es verliert mit dem Alter an Kapazität, und die Folgen sind bei einigen Erkrankungen sehr genau beschrieben.

Fachbegriff
Loss of proteostasis
Gruppe
Primäre Ursachen
Hallmarks of Aging
Beschrieben 2013

Die Hallmarks of Aging sind ein Ordnungsrahmen der Forschung, keine Diagnostik. Sie beschreiben Prozesse, die beim Altern auftreten, beweisen aber keine Ursache und taugen nicht als Grundlage für medizinische Entscheidungen.

Was dahinter steckt

Das Proteostase-Netzwerk hat drei Aufgaben: richtig falten, falsch Gefaltetes reparieren, Unrettbares abbauen. Für das Falten sind Chaperone zuständig, allen voran die Hitzeschockproteine. Sie binden an frisch entstehende Ketten und verhindern, dass klebrige Abschnitte sich mit den falschen Partnern verbinden.

Für den Abbau gibt es zwei Hauptwege. Das Ubiquitin-Proteasom-System markiert einzelne Proteine mit einer Ubiquitin-Kette und schleust sie in eine tonnenförmige Abbaumaschine. Größere Aggregate und ganze Organellen laufen über die Autophagie, die als eigenes Hallmark geführt wird. Beide Wege verlieren im Alter an Durchsatz.

Hinzu kommen Stressantworten, die bei Überlastung anspringen: die Hitzeschockantwort im Zytoplasma und die Unfolded Protein Response im endoplasmatischen Retikulum. Beide reagieren im alternden Organismus träger und schwächer, was die Kapazitätslücke vergrößert.

Bleiben falsch gefaltete Proteine liegen, lagern sie sich zusammen. Charakteristisch ist die Beta-Faltblatt-Struktur, die Amyloidfibrillen bildet: sehr stabil, schlecht abbaubar und in der Lage, weitere Moleküle in dieselbe Fehlfaltung zu zwingen. Genau diese Struktur findet sich bei Alzheimer im Amyloid-Beta, bei Parkinson im Alpha-Synuclein und bei der Transthyretin-Amyloidose im Transthyretin.

Wie belastbar ist die Evidenz

Moderate Evidenz

Der Mechanismus ist gut belegt, die Humandaten sind überwiegend beobachtend.

Die zellbiologische Evidenz ist stark. Chaperonaktivität, Proteasomdurchsatz und die Leistungsfähigkeit der Stressantworten nehmen in gealterten Geweben nachweislich ab, und in Modellorganismen verlängert eine Verstärkung dieser Systeme die Lebensspanne. In Caenorhabditis elegans und in Drosophila ist dieser Zusammenhang wiederholt gezeigt worden.

Beim Menschen ist der überzeugendste Beleg indirekt und kommt aus der Therapie. Bei der Transthyretin-Amyloidose mit Kardiomyopathie stabilisiert der Wirkstoff Tafamidis das Transthyretin-Tetramer und verhindert so dessen Zerfall in fehlfaltungsanfällige Bruchstücke. In einer randomisierten Studie senkte das Sterblichkeit und Krankenhausaufenthalte wegen Herzproblemen. Damit ist gezeigt, dass ein Eingriff in die Proteinfaltung bei einer alterungsassoziierten Erkrankung harte Endpunkte verbessern kann.

Für Alzheimer ist die Lage komplizierter und wird oft überzogen dargestellt. Antikörper gegen Amyloid-Beta entfernen Plaques zuverlässig, der klinische Effekt auf den kognitiven Verlauf ist in den Zulassungsstudien jedoch klein und geht mit relevanten Nebenwirkungen einher. Das spricht dafür, dass Proteinaggregation beteiligt ist, aber nicht die alleinige Ursache.

Befunde am Menschen

  • Chaperonaktivität und Proteasomdurchsatz sind in gealterten menschlichen Geweben messbar reduziert.
  • Tafamidis stabilisiert Transthyretin und senkte in einer randomisierten Studie Sterblichkeit und Klinikaufenthalte bei Transthyretin-Amyloidose.
  • Amyloid-Beta, Alpha-Synuclein und Transthyretin bilden dieselbe Beta-Faltblatt-Struktur, die schwer abbaubar ist.
  • Antikörper gegen Amyloid entfernen Plaques zuverlässig, verbessern den kognitiven Verlauf aber nur gering.
  • In Caenorhabditis elegans und Drosophila verlängert eine Verstärkung der Proteostase-Systeme die Lebensspanne.

Was davon bei YEARS messbar ist

Nicht messbar in der Vorsorge

Die Funktionsfähigkeit des Proteostase-Netzwerks lässt sich beim lebenden Menschen nicht bestimmen. Es gibt keinen Bluttest für Chaperonkapazität oder Proteasomdurchsatz. Was im YEARS-Labor vorkommt, berührt Proteinstoffwechsel und Ernährungsstatus, sagt über die Qualitätskontrolle selbst aber nichts aus.

Gesamteiweiß, Albumin und Präalbumin

Diese Werte beschreiben die Eiweißversorgung und die Syntheseleistung der Leber. Ein niedriges Albumin ist ein bekannter Risikomarker und geht in das PhenoAge ein. Über Faltung oder Abbau von Proteinen in der Zelle sagt es nichts.

Aminosäuren-Analyse

Zeigt die Verfügbarkeit der Bausteine, aus denen Proteine entstehen. Relevant für die Ernährungsberatung, insbesondere bei geringer Eiweißzufuhr im höheren Alter. Ein Rückschluss auf die Qualitätskontrolle in der Zelle ist daraus nicht möglich.

Serum-Elektrophorese und Immunfixation

Erkennt monoklonale Proteine. Das ist diagnostisch bedeutsam, weil eine Leichtketten-Amyloidose auf diesem Weg auffallen kann. Es handelt sich um eine gezielte Krankheitssuche, nicht um eine Beurteilung der Proteostase.

Einordnung

Kein Laborwert in der Vorsorge bildet die Proteostase ab. Wer eine Kapsel mit dem Versprechen verkauft, die zelluläre Proteinqualitätskontrolle zu verbessern, kann diesen Effekt bei Dir weder messen noch belegen.

Grenzen dieses Hallmarks

Die Übertragung vom Modellorganismus auf den Menschen ist hier besonders heikel. Fadenwürmer und Fliegen haben eine Lebensspanne von Tagen bis Wochen und teilen sich nach der Entwicklung kaum noch. Dass eine verstärkte Hitzeschockantwort dort Wochen an Lebenszeit bringt, sagt wenig über Jahrzehnte beim Menschen.

Der Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen wird häufig als Beweis für das Hallmark genutzt, obwohl er in beide Richtungen lesbar ist. Amyloidplaques finden sich auch bei kognitiv unauffälligen älteren Menschen in erheblicher Menge. Aggregation allein erklärt den klinischen Verlauf also nicht.

Praktisch fehlt die Anschlussfähigkeit. Es gibt keine allgemein einsetzbare Intervention, die Proteostase beim gesunden Menschen nachweislich verbessert. Was in Studien wirkt, greift jeweils an einem einzelnen Protein an, etwa Tafamidis am Transthyretin, und ist an eine konkrete Diagnose gebunden.

Häufige Fragen

Was bedeutet Proteostase?→

Proteostase ist die Gesamtheit der Vorgänge, mit denen eine Zelle ihre Proteine in funktionsfähigem Zustand hält. Dazu gehören drei Aufgaben: Neu gebildete Proteinketten müssen sich korrekt in ihre dreidimensionale Form falten, falsch gefaltete Exemplare sollen nach Möglichkeit korrigiert werden, und was sich nicht retten lässt, muss abgebaut werden. Helferproteine, die Chaperone, unterstützen die Faltung. Für den Abbau sorgen das Ubiquitin-Proteasom-System und die Autophagie. Mit dem Alter sinkt die Kapazität aller dieser Komponenten. Fehlgefaltete Proteine bleiben dann häufiger liegen und können sich zu schwer abbaubaren Aggregaten zusammenlagern.

Hängt Alzheimer mit gestörter Proteostase zusammen?→

Ein Zusammenhang besteht, seine Tragweite ist aber umstritten. Bei Alzheimer lagert sich Amyloid-Beta außerhalb der Zellen ab, im Inneren bildet Tau-Protein Bündel. Beides sind Fehlfaltungsprodukte, die eine funktionierende Qualitätskontrolle abfangen sollte. Gegen die Deutung als alleinige Ursache spricht zweierlei. Erstens finden sich Amyloidplaques auch bei älteren Menschen ohne kognitive Einschränkung in erheblicher Menge. Zweitens entfernen Antikörper gegen Amyloid die Plaques zwar zuverlässig, der Effekt auf den kognitiven Verlauf bleibt in den Zulassungsstudien jedoch klein und ist mit relevanten Nebenwirkungen verbunden. Proteinaggregation ist demnach beteiligt, erklärt die Erkrankung aber nicht vollständig.

Lässt sich Proteostase messen?→

Beim lebenden Menschen nicht. Chaperonkapazität und Proteasomdurchsatz lassen sich in Zellkultur und in Gewebeproben bestimmen, nicht aber über einen Bluttest in der Vorsorge. Werte wie Gesamteiweiß, Albumin oder eine Aminosäuren-Analyse beschreiben die Eiweißversorgung und die Syntheseleistung der Leber. Sie sind medizinisch nützlich, sagen über die Faltungsqualität in der Zelle jedoch nichts. Gezielt gesucht wird nur bei konkretem Verdacht, etwa mit einer Serum-Elektrophorese bei Verdacht auf eine Leichtketten-Amyloidose. Das ist eine Krankheitssuche und keine Beurteilung der Qualitätskontrolle. Angebote, die eine Bestimmung Deiner Proteostase versprechen, haben dafür keine Grundlage: Es gibt weder ein etabliertes Verfahren noch Referenzbereiche, aus denen sich eine Empfehlung ableiten ließe.

Kann man die Proteinqualitätskontrolle durch Lebensstil unterstützen?→

Belegt ist das beim Menschen nicht. Diskutiert werden vor allem Reize, die in Modellorganismen die Stressantworten aktivieren: Ausdauertraining, Hitzeexposition wie Sauna sowie Phasen ohne Nahrungsaufnahme, die Autophagie fördern. Für Sauna und für körperliche Aktivität gibt es Beobachtungsdaten mit günstigen Zusammenhängen zur Herz-Kreislauf-Gesundheit. Dass diese Effekte über eine verbesserte Proteostase zustande kommen, ist eine plausible Vermutung ohne direkten Nachweis. Sinnvoll bleiben diese Maßnahmen aus anderen, gut belegten Gründen: Ausdauertraining und Krafttraining wirken auf Herz-Kreislauf-System, Muskelmasse und Stoffwechsel, unabhängig davon, was in der Zelle mit der Proteinfaltung geschieht. Eine Kapsel, die Chaperone aktivieren soll, hat dagegen keine Evidenzgrundlage, und ihre Wirkung ließe sich bei Dir ohnehin nicht überprüfen.

Quellen

  • Hipp MS, Kasturi P, Hartl FU. The proteostasis network and its decline in ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2019;20(7):421–435.
  • Klaips CL, Jayaraj GG, Hartl FU. Pathways of cellular proteostasis in aging and disease. Journal of Cell Biology. 2018;217(1):51–63.
  • Maurer MS, Schwartz JH, Gundapaneni B, et al. Tafamidis treatment for patients with transthyretin amyloid cardiomyopathy. New England Journal of Medicine. 2018;379(11):1007–1016.
  • López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. 2023;186(2):243–278.