English translation in the bottom half of the article. Lange Telomere korrelieren mit vielen verbleibenden gesunden Lebensjahren. Die Telomeraseaktivität ist bei akutem Stress erhöht. Die Telomere und die Telomerase, für deren Entdeckung und Erforschung Elisabeth Blackburn letztes Jahr den Nobelpreis erhielt, etabliert sich als Biomarker für das Altern. Wieviele der beobachteten Zusammenhänge ist nur Korrelation, wie viel ist Kausalität?

Elisabeth Blackburn hat letztes Jahr den Nobelpreis für Medizin gewonnen für ihre Forschung an den Enden der Chromosomen, genannt Telomere und für die Entdeckung der Telomerase, ein Enzym, das für die Verlängerung der Telomere verantwortlich ist. Ich habe letzten Oktober im Zuge der Verleihung des Nobelpreises schon in zwei Artikeln über Telomere und die Telomerase geschrieben: Nobelpreis für Medizin 2009 für die Forschung an Chromosomenenden und Krebs, Ageing und die Rolle der Telomerase. Dort können die Grundlagen noch einmal nachgelesen werden.

Grob zusammenfassen kann man das ganze so: Die Chromosomenenden werden bei jeder Zellteilung ein Stück kürzer. Die Telomerase gleicht das aus, indem sie die Chromosomen wieder ein Stück verlängert. Die Telomerase ist in unterschiedlichen Zelltypen unterschiedlich aktiv. In Zellen, die sich noch häufig teilen, also Keimzellen und Stammzellen, aber auch Tumorzellen, ist sie hoch exprimiert. In somatischen Zellen hingegen gibt es nur eine geringe Telomerase-Aktivität. Dadurch werden die Chromosomenenden die diesen Zellen im Lauf des Lebens beständig kürzer, bis die Zellteilung komplett eingestellt wird, oder betroffene Zellen absterben.

Die Telomeraseaktivität in Zellen steht also in einer Art Gleichgewicht: Zu viel Telomerase macht Zellen unsterblich und geht häufig mit Krebs einher, zu wenig Telomerase lässt Zellen altern und führt zum Zelltod. Blackburn hat in ihrem Vortrag hier beim EMBO Meeting einen weiteren Aspekt im Zusammenhang mit der Telomerlänge und der Telomerasefunktion angerissen, der das Zeug zur Schlagzeile hat:

Umweltfaktoren und die Lebensumstände haben einen Einfluss auf die Telomerlänge und die Telomeraseaktivität.

Die Telomerlänge ist ein Biomarker für Ageing und sie kann relativ einfach mit PCR-basierten Methoden bestimmt werden. Blackburn und Kollegen haben in einer großen Kohortstudie die Telomerlänge von älteren Menschen gemessen. Die Auswertung hat gezeigt, dass die Telomerlänge nicht direkt mit der Lebensdauer korreliert. Sie fanden jedoch eine Korrelation der Telomerlänge mit den verbleibenden gesunden Lebensjahren. Die Telomerlänge taugt demnach also nicht als Biomarker für die tatsächlich verbleibende Lebenszeit, aber sie ist ein Indikator für gesundes Altern.

In einer weiteren Studie mit 44 Teilnehmerinnen wurde der Einfluss von psychologischem Stress auf die Telomeraseaktivität untersucht. 22 der Frauen waren dauerhaft psychiologischem Stress ausgesetzt. Sie betreuten Demenzkranke. die andere Hälfte der Partizipandinnen diente als Konrollgruppe mit generell niedrigerem Stress.

Die Teilnehmerinnen der Studie wurden unter Laborbedingungen kurzzeitig Stress ausgesetzt und in Folge wurde die Telomeraseaktiviät in Blutzellen gemessen. Generell wurde bei den Frauen mit hoher täglicher Stressdosis eine geringere Grundaktivität der Telomerase gemessen. Die Stressantwort sah bei beiden Gruppen jedoch gleich aus: Durchschinttlich wurde eine 18%ige Erhöhung der Telomeraseaktivität (p<0.01) gemessen. die Erhöhung der Telomeraseaktivität korrelierte mit einer Erhöhten Cortisolausschüttung. Blackburn erwähnte weiter eine Kohortstudie mit rund 600 Teilnehmern mit Herzkranzerkrankungen, bei denen über im Mittel sechs Jahre untersucht wurde, wie die Menge an Omega-3-Fettsäuren im Blut mit der Veränderung der Telomerlänge korreliert. Hoher Omera-3-Fettsäuregehalt im Blut korreliert mit längerem Leben bei Patienten mit koronaren Herzerkrankungen. Tatsächlich wurde gefunden, dass ein Viertel der Patienten mit den höchsten Omega-3-Fettsäurewerten auch die wenigsten Telomerverkürzungen im Untersuchungszeitraum aufwiesen und das Viertel mit den geringsten Werten die stärksten Telomerverkürzungen.

Eine Menge Korrelationen bei vielen unterschiedlichen Erkrankungen und Symptomen, die mit dem Altern zusammen hängen. Eine Kausalität ist aber bei keiner der beobachteten Zuammenhänge direkt gezeigt und so kann man wohl sicher davon sprechen, dass die Telomerlänge, beziehungsweise deren Veränderung über eine Zeit ein Biomarker für das Altern ist, ein ursächlicher Zusammenhang zwischen Telomerlänge und dem biologischen Alter kann auf Basis dieser Daten jedoch nicht hergestellt werden. Elisabeth Blackburn weiß das selbstverständlich, und sie hat es auf zwei Folien in ihrem Vortrag auch deutlich gemacht. Beide sind hier im Blogpost eingebunden.

Ich gehe jetzt direkt nach Hause und erst mal eine Runde Joggen. Blackburn hat nämlich auch erwähnt, dass Menschen unter chronischem Stress die Verkürzung der Telomere abpuffern können – durch regelmäßigen Sport.

Lifestyle, stress and telomeres – biomarkers or an elicitor of ageing

Long telomeres correlate with many remaining years of healthy life. The telomerase activity is increased when there is acute stress. For the discovery and study of telomeres and the telomerase, which are being established as biomarkers for ageing, Elisabeth Blackburn received the Nobel Prize in 2009. How much of the observed relations is correlation, how much is causality?

Last year, Elisabeth Blackburn has won the Nobel Prize for medicine for her research regarding the endings of the chromosomes, which are called telomeres, and for the discovery of the telomerase, an enzyme responsible for the elongation of the telomeres. Last october, in the course of the awarding of the Nobel Prize, I have already written two articles on telomeres and the telomerase: “Nobelpreis für Medizin 2009 für die Forschung an Chromosomenenden” (Nobel Prize for Medicine 2009 for the Research on Chromosome Endings) and “Krebs, Ageing und die Rolle der Telomerase” (Cancer, Ageing and the Role of the Telomerase). The basic concepts can be found there (the articles are in German).

To put it simple: The chromosome endings are getting a bit shorter with every cell division. The telomerase compensates for this by elongating the chromosomes again. The telomerase has different levels of activity depending on the cell type. In cells which still often undergo cell division, i.e. germ cells and stem cells, but also tumor cells, it is highly expressed. In somatic cells on the other hand, there is only a low level of telomerase activity. Because of this, the chromosome endings of these cells are continuously growing shorter, until the cells stops dividing altogether or the affected cells die.

Thus, the telomerase activity in cells is in an equilibrium: Too much telomerase immortalises cells and is often accompanied with cancer, too little telomerase makes cells age and leads to cell death. Blackburn has touched another point concerning the length of the telomeres and the function of the telomerase. A point with the potential to make the headlines:

Environmental factors and the living conditions influence the length of the telomeres and the activity of the telomerase.

The telomere length is a biomarker for ageing and can be measured relatively easily by using PCR-based methods. Blackburn and her colleagues have measured the length of the telomeres in older persons in a major cohort study. The analysis showed that the length of the telomeres is not directly correlated with the length of life. They did however find a correlation with the remaining years of healthy life. According to this, the telomere length is no use as a biomarker for the actually remaining life-time, but it is an indicator of healthy ageing.

In another study with 44 female participants the influence of psychological stress on telomerase activity was examined. 22 of the women were continuously exposed to psychological stress. They were caring for dementia patients. The other half of the participants served as a control group with generally low stress-levels.

The participants of the study were exposed to stress for a short time under laboratory conditions and afterwards the level of telomerase activity was measured in blood-cells. Generally, the telomerase baseline activity was found to be lower in the women with high daily levels of stress. The stress response on the other hand was the same in both groups: On average, there was an 18% higher telomerase activity (p<0.01). The heightened activity of the telomerase was correlated with a heightened secretion of cortisol. Blackburn mentioned another cohort study with about 600 participants with coronary vessel diseases. On an average of six years, the correlation between the amount of omega-3 fatty acids in the blood and the changes in telomere length was analysed. High amounts of omega-3 fatty acids in the blood correlate with longer life in patients with coronary heart diseases. In fact, it was found that the quarter of the patients with the highest amounts of omega-3 fatty acids also showed the least shortening of the telomeres during the period of the study and the quarter with the lowest levels showed the strongest shortening of the telomeres.

There are a lot of correlations in many different diseases and symptoms related to ageing. However, a causality has not directly been shown in any of the observed relations and thus it is surely possible to talk about telomere length (or rather its changes over a certain period of time) being a biomarker for ageing, but a causal connection between telomere length and biological age cannot be inferred from this data. Of course, Elisabeth Blackburn knows this and she has made it clear on two of her slides in her presentation. Both of them are embedded in this blogpost.

Now, I am going to go straight home and the first thing I will do then is to go jogging. After all, Blackburn also mentioned that people with chronic stress can buffer the shortening of the telomeres – by regularly doing exercise.

Translation: Henja Wehmann