Studie an Fruchtfliegen könnte Eizellen älterer Frauen zugute kommen

Eine neue Studie, die an Fruchtfliegen durchgeführt wurde, liefert den ersten Beweis dafür, dass Eizellen – die Zellen, aus denen Eizellen entstehen – regelmäßig die kritischen Proteinverbindungen, die Chromosomen zusammenhalten, verjüngen. Die Ergebnisse könnten ein wichtiger Schritt sein, um Frauen zu helfen, ihr Risiko für Schwangerschaftskomplikationen im Alter zu verringern.

Alternde Eizellen und die möglichen Risiken

Frauen werden mit allen Eizellen geboren, die sie ein Leben lang haben werden, und die kohäsiven Bindungen, die die Chromosomen miteinander verbinden, werden in diesen Zellen bereits vor der Geburt hergestellt. Wenn sie das gebärfähige Alter erreichen, löst der Eisprung die Teilung der Eizelle aus, was zur Bildung einer Eizelle führt, die von einem Spermium befruchtet werden kann. In der sich teilenden Eizelle müssen kohäsive Bindungen vorhanden sein, damit eine Eizelle mit der richtigen Anzahl von Chromosomen entsteht.

Wenn eine Frau altert, altern auch ihre Eizellen. Der Verlust von kohäsiven Bindungen mit dem Alter der Eizellen ist ein Faktor, der die Wahrscheinlichkeit von Fehlgeburten und Erkrankungen wie dem Down-Syndrom bei älteren Frauen erhöht, ein Phänomen, das als mütterlicher Alterseffekt bekannt ist. Das Risiko, dass bei der Zellteilung eine Eizelle mit der falschen Chromosomenzahl entsteht, steigt nach dem 30. Lebensjahr deutlich an.

Entwicklung therapeutischer Strategien, die die Verjüngung der Eizellen älterer Frauen fördern

Forscher aus Dartmouth, rund um Sharon Bickel, Professorin für Biowissenschaften in Dartmouth und korrespondierende Autorin der Studie, entdeckten jedoch, dass sich in den Eizellen der Fruchtfliege neue kohäsive Bindungen an den Chromosomen bilden, die die ursprünglichen ersetzen. Sie beobachteten spezifische Proteine innerhalb des Kohäsin-Komplexes – der Gruppe von Proteinen, die die Verbindungen zwischen den Chromosomen vermitteln – und fanden heraus, dass dieser Verjüngungsprozess während der gesamten Entwicklung der Fliegeneizelle stattfindet. Die Forscher geben in ihrer Arbeit an, dass, wenn menschliche Eizellen die Fähigkeit haben, kohäsive Bindungen zu verjüngen, dieser Mechanismus aufgrund von oxidativen Schäden, die durch das Altern verursacht werden, weniger effizient sein könnte. Ein Rückgang der Verjüngung könnte zu einem Gesamtverlust der Chromosomenbindungen führen.

Das Bickel-Labor verwendet Fruchtfliegen als Modell für die Untersuchung der molekularen Mechanismen, die dem Chromosomenzusammenhalt zugrunde liegen. Sie haben herausgefunden, dass die Auswirkungen des Alterns auf die Eizellen der Fruchtfliege denen des Menschen ähnlich sind. Im Jahr 2008 berichtete das Labor über eine Methode zur „Alterung“ von Fruchtfliegenozyten, die den Nachweis erbrachte, dass die Alterung zu einem Verlust der kohäsiven Bindungen führt. In einer Arbeit aus dem Jahr 2016 wurde gezeigt, dass eine zunehmende oxidative Schädigung von Fruchtfliegenozyten ebenfalls zum Verlust kohäsiver Bindungen führt, während in einer Arbeit des Labors aus dem Jahr 2019 berichtet wird, dass eine Verringerung der oxidativen Schäden in alternden Oozyten die Ergebnisse der Zellteilung verbessert.Wenn sie die Proteine und die Mechanismen identifizieren können, die der Verjüngung des Zusammenhalts in diesem System zugrunde liegen, könnte dies laut Bickel die Entwicklung therapeutischer Strategien unterstützen, die die Verjüngung der Eizellen älterer Frauen fördern und den Verlust des Zusammenhalts verlangsamen.

Weitere innovative Forschung

Die Forscher in Dartmouth verfolgten verschiedene Ansätze. Einige der Fliegenstämme, die das Team verwendete, wurden von der Mitautorin Katherine Weng gezüchtet, als sie noch Studentin in Bickels Labor war. Die für Fruchtfliegenexperimente zur Verfügung stehenden Instrumente erlaubten es den Forschern, Proteine in einem früheren Stadium der Eizellen zu manipulieren, aber immer noch nachdem sich die ursprünglichen kohäsiven Bindungen gebildet hatten. Sie verwendeten auch zwei verschiedene Methoden, um ein Protein zu überwachen, das in allen Varianten des Kohäsin-Komplexes in den Eizellen der Fruchtfliege vorkommt. Forscher, die an Mäusen arbeiteten, konzentrierten sich auf ein einziges Protein, das nur in einer Untergruppe der Kohäsin-Komplexe in Mäuseozyten vorkommt. Die Arbeit könnte laut den Forschern dazu beitragen, weitere Experimente an Mäuseozyten zu ermöglichen, die den Weg zur Entdeckung und zum Verständnis dieses Prozesses beim Menschen ebnen könnten,

Bickel und Haseeb gehen in einer am 8. Juni in der Fachzeitschrift G3 veröffentlichten Arbeit zusammen mit den Co-Autoren Alana Bernys (20) und Erin Dikert (21), die als Dartmouth-Studenten an dem Projekt gearbeitet haben, noch einen Schritt weiter. Darin identifizieren die Forscher Proteine, die für die Verjüngung erforderlich sind, so dass der oder die molekularen Pfade besser verstanden werden können. In einem weiteren Projekt des Bickel-Labors wird untersucht, ob Nahrungsergänzungsmittel das Risiko von Chromosomenfehlern in Fliegeneizellen, die gealtert sind, verringern können.