Kurzer Hitzestress kann gesundheitsfördernd wirken
Die Biologin Dr. Wenjing Qi von der Universität Freiburg hat bei Fadenwürmern einen genetischen Langzeiteffekt entdeckt, der die Stressantwort des Organismus beeinflusst
Hitzestress muss nicht in jeden Fall schädlich sein. „Es kommt auf die Dosis an – kurzer Hitzestress kann sogar positive Aspekte haben, wie etwa ein Saunagang zeigt“, sagt Dr. Wenjing Qi, Gruppenleiterin an der Professur für Bioinformatik und Molekulargenetik der Universität Freiburg. Dass eigentlich schädliche Belastungen für den Körper in geringer Dosierung sogar gesundheitsfördernd wirken können, ist bekannt und wird als Hormesis bezeichnet. Qi und ihr Team haben nun bei Fadenwürmern einen genetischen Langzeiteffekt entdeckt, der bei der Antwort darauf helfen könnte, wie Hormesis die Stresstoleranz des Organismus auf lange Zeit erhöht. Fadenwürmer gehören zu den bevorzugten Labortieren der Grundlagenforschung zu Stress und Alterung. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.
Organismen reagieren bei Hitze mit einer Hitzestressantwort, die durch den Genschalter HSF1 kontrolliert wird. Um Ressourcen zu sparen, ist dieser Schalter und damit die Stressantwort nur aktiv, wenn Hitzestress besteht. Wie trotzdem Langzeiteffekte nach kurzem Stress zustande kommen, blieb bisher rätselhaft. Qi und ihr Team setzten nun Fadenwürmer (Caenorhabditis elegans) wiederkehrenden Hitzeimpulsen aus – und konnten zeigen, wie ein zusätzliches Programm aktiviert wird: Verantwortlich dafür ist das Enzym ENDU-2. Anders als HSF1, der als Genschalter direkt an die Erbsubstanz DNA andockt, steuert ENDU-2 seine Funktion durch Kontakt mit der Boten-RNA, auch mRNA genannt. Diese Kopie der Geninformation dient einem entscheidenden Zwischenschritt bei der Herstellung von Proteinen. Solche mRNAs können je nach Bedarf von ENDU-2 geschützt oder abgebaut werden.
Das Besondere des neu entdeckten, hitzeaktivierten ENDU-2 ist, dass es zusätzlich zur Bindung an die Boten-RNAs auch Kontakt zum Chromatin, der verpackten DNA-Erbsubstanz, aufnimmt und so indirekt Einfluss auf die Genaktivierung nehmen kann. Die Forschenden vermuten, dass ENDU-2 dabei hilft, die Verpackung von denjenigen Genen nach dem Hitzestress zu lockern, die für einen Langzeitschutz abgelesen werden müssen.
Wie dieser Mechanismus bei anderen Organismen und auch beim Menschen genau abläuft, muss noch weiter erforscht werden. Und natürlich kann sich starker oder lange andauernder Hitzestress dennoch schädlich auf den Körper auswirken. Aber die neu entdeckten Hormesis-Mechanismen zeigen auch, wie ein Organismus reagieren und sich zumindest ein Stück weit anpassen kann: „Durch den kurzzeitigen Hitzereiz werden bestimmte Reparaturmechanismen aktiviert, die dann langfristig besser funktionieren“, sagt Qi. „Der Organismus lernt, besser mit dem Stress umzugehen.“
Dr. Wenjing Qi steht für Medienanfragen gerne zur Verfügung.
Originalpublikation: Xu, F, Li, R., von Gromoff, E. D., Drepper, F., Knapp, B., Warscheid, B., Baumeister, R., Qi, W.: Reprogramming of the transcriptome after heat stress mediates heat hormesis in Caenorhabditis elegans, in: Nature Communications 14 (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39882-8
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