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Title
Nahrungsentzug und Regulierung von nahrungsbezogenen Singalwegen verlängert die Lebens- und Gesundheitsspanne mit hilfe der üblichen Mechanismen
Additional Titles
Dietary restriction and modulation of nutrient sensing pathways extend organismal life- and healthspan by common mechanisms
AuthorEbner, Janine
Thesis advisorGrillari, Johannes
Published2013
Date of SubmissionJune 2013
LanguageEnglish
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)Nahrungsentzug / Drosophila melanogaster / Insulin/Insulin-like-growth factor Signalweg / Modellorganismen / Nahrungsbezogene Signalwege / TOR Signalweg
Keywords (EN)Caenorhabditis elegans / Caloric restriction / Dietary restriction / Drosophila melanogaster / Insulin/Insulin-like-growth-factor signaling pathway / Model organisms / Nutrient sensing pathways / TOR pathway
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Dass das Altern an einem gewissen Punkt mit dem Tod endet ist eine allgemein bekannte Tatsache. Hinter diesem Begriff versteckt sich allerdings ein sehr komplexer Prozess, welcher auf molekularer Ebene beginnt und sich bis hin zur Ebene des gesamten Organismus zieht (Prinzinger, 2005). Es ist sehr schwierig, Zusammenhänge zwischen der Alterung der einzelnen Zelle und der des gesamten Organismus herzustellen. Als kleinste Einheit unseres Körpers gilt die Zelle, welche einen wichtigen Baustein im Prozess des Alterns darstellt. Zu Beginn ihrer Existenz besitzt sie alle wichtigen morphologischen und funktionalen Eigenschaften, die sie zum Leben benötigt. Während des Alterungsprozesses werden diese Eigenschaften jedoch immer geringer bis sie letztendlich ganz wegbleiben, was zum Ableben der Zelle führt.

Verschiedene genetische Signalwege und Umwelteinflüsse spielen eine große Rolle in der Bestimmung der Lebensspanne von allen Organismen. Vor allem die Signalwege sind hier besonders herauszuheben, da sie einen großen Einfluss auf das Altern haben. Viele von diesen sind während der Evolution erhalten geblieben und kommen somit in fast allen Lebewesen vor. Diese Tatsache macht es möglich, von niederen Organismen auf höhere zu schließen. Mutationen einzelner Gene innerhalb dieser Signalwege können sowohl zu einer Verlängerung als auch einer Verkürzung der Lebensspanne in verschiedenen Modellorganismen führen.

In den letzten Jahren wurden viele verschiedene Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensspanne in Modellorganismen entdeckt. Vor allem Hefen, Würmer, Fliegen und Mäuse wurden hierbei zu Forschungszwecken verwendet. Die meisten von ihnen beeinflussen die Stress- oder Nahrungsresonanz. Ein Weg, der regelmäßig erwähnt wird die Lebensspanne von Organismen zu verlängern, ist dietary restriction. Dieser englische Begriff bedeutet Nahrungsentzug und bewirkt eine Verlängerung der Lebensspanne in den verschiedenen Modellorganismen, allen voran C. elegans und D. melanogaster. Diese beiden haben in der Regel eine relativ kurze Lebensspanne. Wird ein Nahrungsentzug hervorgerufen, kann sich die Lebensspanne bis zu dem doppelten ihrer durchschnittlichen Lebenserwartung erweitern.

Es existieren verschiedene Möglichkeiten, die Effekte des Nahrungsentzuges hervorzurufen, einige davon werden in dieser Arbeit näher erläutert. Die wichtigsten nahrungsbezogenen Signalwege sind der Insulin/IGF-Signalweg und der TOR (target of rapamycin) Signalweg, aber auch Sirtuin-abhängige Mutationen können positive Effekte, ähnlich eines Nahrungsentzuges, hervorrufen. Ein weiteres, relativ neues Forschungsgebiet, bilden Pharmazeutika, wie beispielsweise Rapamycin. Diese können in Signalwege eingreifen und dabei die Effekte des Nahrungsentzuges nachahmen, was schlussendlich ebenfalls zu einer erweiterten Lebensspanne führt.

In dieser Arbeit werden die verschiedenen Signalwege genauer vorgestellt und ihre Interaktion mit dem Effekt des Nahrungsentzuges aufgezeigt. Ebenso soll diese Bachelorarbeit einen Überblick über die wichtigsten Modellorganismen geben und ihre Vorteile im Bereich der Alterungsforschung aufzeigen.

Abstract (English)

Ageing at some point leads to death, this is a fact everybody is aware of. It sounds rather simple, but what is hidden behind is a very complex process from the molecular to organismal level (Prinzinger, 2005). It is very hard to correlate ageing of cells with the ageing of a whole organism. As the smallest units of our body, cells play a very important part in this process. At the beginning of their life, they own all the important morphological and functional characteristics needed to survive. During the process of ageing, they get more vulnerable and die at some point (Prinzinger, 2005).

Various genetic pathways and environmental influences play a major role in the lifespan regulation of organisms. Those pathways are highly conserved during evolution and in some place affect the ageing process. The mutation of a single gene, in one of these pathways, is able to reduce or extend the lifespan in various model organisms.

In the last few years, many pathways have been shown to extend lifespan in yeast, worms, flies and mice. Most of them influence either the stress response or the nutrient sensing. One intervention, consistently mentioned, is dietary restriction (DR). Dietary restriction causes a lifespan extension in model organisms, with Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster leading the way. C. elegans and D. melanogaster both have rather short lifespans, but when food intake is minimalized, lifespan of these animals can be increased to up to double the standard.

There are different ways of achieving effects similar to dietary restriction, like modulation of the Insulin/IGF-signaling (IIS) pathway, TOR (target of rapamycin) pathway or the sirtuin pathway, which will be further explained in this thesis. The most important nutrient-sensing pathways, discussed in literature, are the IIS pathway and the TOR signaling pathway. The lifespan-extending effects of those have been known for quite a while. However, rather new is the idea of pharmaceuticals intervening in those pathways and mimicking dietary restriction and thereby positively influence life- and healthspan.

In this thesis, the different nutrient sensing pathways will be explained in detail. Furthermore, it will be shown how they interact with the shortage of nutrient intake. Likewise, there will be given an overview of the main model organisms C. elegans and D. melanogaster, concerning their structure and especially their advantages in ageing research.