Verblüffende Regeneration: Unsere Leber erneuert sich erstaunlich schnell selbst. Unabhängig von unserem Alter sind die Leberzellen im Schnitt nicht älter als drei Jahre, wie eine Studie enthüllt. Entdeckt haben Forschende dies mit einer speziellen Radiokarbon-Datierung, die das Alter von Geweben bis in die einzelnen Zelle hinein verrät. Dabei stießen sie in der Leber auch auf spezielle Zellen mit ungewöhnlich viel DNA: Sie tragen vier, acht oder sogar mehr Chromosomensätze in sich.
Die Leber ist ein lebenswichtiges Organ. Sie baut Fette aus der Nahrung ab, speichert Mineralien und erzeugt die für die Verdauung wichtige Galle. Außerdem sorgt die Leber für eine ständige Entgiftung unseres Bluts. Wegen ihrer großen Bedeutung für unseren Stoffwechsel und ihren häufigen Kontakt mit Giften kann sich das Lebergewebe besonders gut regenerieren. Bei Verletzungen oder Gewebeschäden werden neue Leberzellen nachgebildet – das ist schon länger bekannt. Unklar war jedoch, wie lange Leberzellen unter normalen Umständen erhalten bleiben und wie stark die Regenerationsfähigkeit mit dem Alter abnimmt.
Radiokarbon-Datierung einzelner Zellen
Jetzt zeigt sich, dass unserer Leber das ganze Leben lang überraschend jung bleibt. Entdeckt haben dies Paula Heinke von der Technischen Universität Dresden und ihre Kollegen, als sie das Alter menschlichen Lebergewebes mit einem neuen Verfahren datierten. Dafür entnahmen sie 33 Menschen, die im Alter zwischen 20 und 84 Jahren gestorben waren, Zellproben aus der Leber und isolierten jeweils die DNA aus den Zellkernen. Die Erbgutmoleküle unterzogen sie anschließend einer Radiokarbondatierung.
Bei dieser sonst vor allem in der Archäologie genutzten Datierung wird bestimmt, wie hoch der Anteil des instabilen Kohlenstoff-Isotops C14 in der Probe ist. „Auch wenn es sich um winzige Mengen handelt, können wir dies in Gewebeproben nachweisen und messen“, erklärt Heinkes Kollege Olaf Bergmann. „Durch den Vergleich der Werte mit dem atmosphärischen Radiokohlenstoff können wir rückwirkend das Alter der Zellen bestimmen.“
Erstaunlich junges Organ
Das überraschende Ergebnis: Die Leberzellen erneuern sich in hohem Tempo und werden das ganze Leben hindurch immer wieder ausgetauscht. „Die Leber bleibt im Durchschnitt unter drei Jahre alt – egal, ob man 20 oder 84 Jahre alt ist“, sagt Bergmann. Die Hepatozyten teilen sich bei jungen Menschen mit einer Rate von 19 Prozent pro Jahr, bei älteren sind es noch immer rund 17 Prozent. Das Alter hat demnach kaum Einfluss auf die Erneuerung der Leberzellen.
„Das spricht dafür, dass unsere Leber ein hochgradig regeneratives Organ ist, in dem die meisten Zellen im Laufe des menschlichen Lebens immer wieder erneuert werden“, konstatieren die Forschenden. „Die Leber bleibt das ganze Leben lang ein junges Organ.“
Mehr DNA-reiche Leberzellen im Alter
Allerdings gibt es mit dem Alter eine andere Veränderung in der Leber. Sie betrifft eine Untergruppe von Leberzellen, die mehr Erbgut in sich trägt als normal. „Die meisten unserer Zellen haben zwei Chromosomensätze, aber einige Zellen akkumulieren mit zunehmendem Alter mehr DNA. Am Ende können solche Zellen vier, acht oder sogar mehr Chromosomensätze tragen“, erklärt Bergmann. Wie das Team feststellte, nimmt Anteil dieser polyploiden Leberzellen mit dem Alter zu, der der normal diploiden hingegen ab. Im Alter können die DNA-reichen Leberzellen bis zu 40 Prozent ausmachen.
Das Interessante daran: „Als wir typische Leberzellen mit den DNA-reicheren Zellen verglichen, fanden wir grundlegende Unterschiede in ihrer Erneuerung“, so Bergmann. „Typische Zellen erneuern sich etwa einmal im Jahr, während die DNA-reicheren Zellen bis zu einem Jahrzehnt in der Leber verbleiben können.“ Dadurch verschiebt sich die Altersverteilung der Leberzellen im Laufe des Lebens: Bei einem 25-jährigen Menschen sind 84 Prozent der Hepatozyten weniger als zwei Jahre alt, bei einem 75-jährigen sinkt der Anteil dieser jungen Zellen auf 67 Prozent.
Warum wird die Leber im Alter trotzdem häufiger krank?
Allerdings bleibt die Leber trotzdem selbst bei alten Menschen insgesamt überwiegend jung und regenerationsfähig: „Obwohl polyploide Leberzellen deutlich länger leben als diploide, ist der größte Teil aller Hepatozyten jung – unabhängig vom Alter wurden mehr als die Hälfte unserer Leberzellen erst im letzten halben Jahr geboren“, berichten die Forschenden. Das weckt jedoch die Frage, warum trotzdem Lebererkrankungen wie Leberzirrhose und Leberkrebs auftreten und warum sich diese bei älteren Menschen häufen.
Bisher ist dies noch unklar. Heinke und ihre Kollegen vermuten aber, dass dies mit den DNA-reichen Zellen zusammenhängen könnte. „Polyploide Zellen sind oft mit Chromosomen-Fehlern und genomischer Instabilität assoziiert“, erklärt das Team. Da im Alter diese Zellen zunehmen, könnte dies Krankheitsanfälligkeit der Leber erhöhen. Andererseits teilen sich die polyploiden Leberzellen weniger oft, was wiederum das Risiko für Kopierfehler und schädliche Mutationen verringert. Was daher hinter altersbedingten Lebererkrankungen steckt, muss weiter erforscht werden.
Altersbestimmung auch in anderen Organen
Parallel dazu nutzen die Forschenden ihre Datierungsmethode bereits dafür, um auch im Herzen das Zellalter zu bestimmen. Damit wollen sie unter anderem herausfinden, ob bei Menschen mit einer chronischen Herzerkrankung noch neue Herzmuskelzellen gebildet werden können. Zuvor hatten sie bereits aufgedeckt, dass auch in unserem Gehirn im Erwachsenenalter noch neue Neuronen gebildet werden.
„Unsere Forschung zeigt, dass die direkte Untersuchung der Zellerneuerung beim Menschen technisch sehr anspruchsvoll ist, aber unvergleichliche Einblicke in die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen der menschlichen Organregeneration liefern kann „, sagt Bergmann. (Cell Systems, 2022; doi: 10.1016/j.cels.2022.05.001)
Quelle: Technische Universität Dresden
