Die Zahlen von PathStAR
Die Anordnung von Zellen, Gefäßen und extrazellulärer Matrix in menschlichen Organen verändert sich mit dem Alter; wann und wie diese strukturelle Umwandlung stattfindet, konnte jedoch lange Zeit nicht systematisch untersucht werden. Forschende entwickelten einen Rahmen namens PathStAR, der die strukturelle Alterung von Gewebe anhand routinemäßiger histopathologischer Aufnahmen misst. Das System identifiziert Zeiträume, in denen sich die strukturelle Veränderung beschleunigt, ohne darauf trainiert worden zu sein, das chronologische Alter zu schätzen.
PathStAR wurde auf 25.306 postmortale Biopsien und 30,3 Millionen Bildausschnitte aus 40 Geweben von 970 Spendern im Alter von 21–70 Jahren angewendet.
Gemessene Veränderung
Die Analyse zeigte, dass die strukturelle Alterung je nach Organ unterschiedlichen und nicht linearen Zeitverläufen folgt. Gefäßgewebe, insbesondere die Tibi al- und Koronararterien, zeigte bereits in den 30er-Jahren eine frühe Alterung. In der Gebärmutter und der Vagina wurden die schnellsten strukturellen Veränderungen Anfang und Mitte der 50er-Jahre beobachtet, also in dem Zeitraum, der mit der Menopause und der Zeit danach zusammenfällt. 9 Gewebe, darunter Gewebe des Verdauungssystems, der Prostata, der Hoden und der Tibialarterie, durchliefen um die 30er- und 50er-Jahre zwei getrennte Phasen der Beschleunigung.
Verlauf von TNF
Bei der Analyse der Eierstöcke wurden zwei deutliche Beschleunigungen festgestellt. Die erste fiel im Alter von 35–40 Jahren mit dem Rückgang der Fruchtbarkeit zusammen, die zweite im Alter von 55–60 Jahren mit der Menopause. In der ersten Phase nahm die Aktivität von Entzündungswegen zu, während in der zweiten Phase Signalwege im Zusammenhang mit Wachstumsfaktoren, dem epithelial-mesenchymalen Übergang und dem Zellzyklus unterdrückt wurden. Dieses zweistufige Muster zeigte sich nicht in den Analysen, die anhand von Genexpressions- und Methylierungsdaten aus denselben Proben durchgeführt wurden.
In den Phasen der Beschleunigung zwischen den Organen zeigte sich ein gemeinsames molekulares Muster: Während Entzündungswege wie die TNF-Signalisierung, Interferonantworten und das Komplementsystem zunahmen, gingen Energieproduktion, Zellvermehrung, DNA-Reparatur, die Reaktion auf ungefaltete Proteine und andere zelluläre Qualitätskontrollmechanismen zurück.
Kontext und Auswirkungen
Darüber hinaus nahm die Peroxisomenfunktion im Gefäßgewebe ab, während Entzündungs- und Immunwege im Hoden stark zunahmen und die Spermatogenese unterdrückt wurde.
Auf individueller Ebene zeigte sich, dass sich die Beeinträchtigungen im Verdauungs- und im männlichen Fortpflanzungsgewebe koordiniert entwickeln können und mit Sexualhormonen zusammenhängen. Postmortale Faktoren erklärten in den meisten Geweben weniger als 10 % der Unterschiede in der Geschwindigkeit der strukturellen Alterung. Die Befunde zeigten, dass die strukturelle Alterung im menschlichen Körper ein messbarer, organspezifischer Prozess ist, der molekulare Alterungsuhren ergänzt.