Japanische Forscher haben eine schwefelhaltige Verbindung entdeckt, die ein wichtiges körpereigenes Muskelreparaturprotein deutlich leistungsfähiger machen könnte. Der Stoff namens Liponsäuretrisulfid (LASSS) verbesserte in Laborversuchen die Bindungsfähigkeit des Proteins und könnte damit einen wichtigen Mechanismus der Muskelregeneration beeinflussen. Die Ergebnisse eröffnen einen neuen Forschungsansatz im Kampf gegen altersbedingten Muskelschwund. Ob sich daraus künftig auch Behandlungsmöglichkeiten für Menschen entwickeln lassen, müssen weitere Studien zeigen.
Wenn die natürliche Muskelreparatur nachlässt
Mit zunehmendem Alter verlieren Muskeln nicht nur an Kraft. Auch ihre Fähigkeit, Schäden zu reparieren, lässt nach. Japanische Wissenschaftler haben nun einen möglichen Ansatz identifiziert, um einen wichtigen körpereigenen Reparaturmechanismus zu stärken. Ein bestimmter Schwefelstoff könnte dabei eine überraschende Rolle spielen.
Muskeln sind ein Leben lang gefordert. Sie ermöglichen Bewegung, stabilisieren den Körper und reagieren ständig auf Belastungen. Gleichzeitig besitzen sie die Fähigkeit, beschädigtes Gewebe selbst zu erneuern. Doch dieser Reparaturmechanismus funktioniert mit zunehmendem Alter nicht mehr so zuverlässig wie in jungen Jahren. Die Folgen können weitreichend sein: Muskelgewebe verliert an Leistungsfähigkeit, die Regeneration nach Verletzungen dauert länger und die körperliche Belastbarkeit nimmt ab. Auch die Gefahr eines altersbedingten Muskelabbaus steigt.
Ein Forschungsteam der japanischen Kyushu University hat einen biologischen Mechanismus untersucht, der für diesen Prozess entscheidend sein könnte. Im Mittelpunkt steht ein Protein namens Hepatocyte Growth Factor (HGF). Es spielt eine wichtige Rolle bei der Aktivierung jener Zellen, die für die Reparatur und Erneuerung von Muskelgewebe verantwortlich sind. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Funktion dieses Proteins mithilfe einer schwefelhaltigen Verbindung möglicherweise deutlich verbessern lässt.
Ein wichtiges Reparaturprotein verliert mit dem Alter an Wirkung
Damit Muskeln beschädigtes Gewebe erneuern können, sind sogenannte Satellitenzellen notwendig. Diese spezialisierten Stammzellen befinden sich in unmittelbarer Nähe der Muskelfasern und spielen eine zentrale Rolle bei der Muskelregeneration. Werden sie durch Verletzungen oder körperliche Belastung aktiviert, beginnen sie sich zu vermehren und unterstützen die Reparatur beschädigter Muskelfasern. Eine entscheidende Rolle übernimmt dabei das Protein Hepatocyte Growth Factor (HGF). Es bindet an einen Rezeptor namens c-Met auf der Oberfläche der Satellitenzellen und löst dadurch Signale aus, die den Regenerationsprozess in Gang setzen. Ohne diese Signalübertragung können die Stammzellen ihre Reparaturfunktion nicht vollständig erfüllen.
Allerdings kann HGF durch chemische Veränderungen an Wirkung verlieren. Eine davon ist die sogenannte Nitrierung. Dabei wird eine chemische Gruppe an bestimmte Stellen des Proteins angelagert, wodurch sich dessen Struktur und Funktion verändern können. Die japanischen Forscher hatten bereits festgestellt, dass insbesondere zwei bestimmte Stellen des HGF-Proteins davon betroffen sein können. Werden diese verändert, kann das Protein schlechter an den c-Met-Rezeptor andocken. Dadurch wird die Aktivierung der Satellitenzellen möglicherweise beeinträchtigt. Das bedeutet: Der Körper kann zwar weiterhin das wichtige Reparaturprotein produzieren, doch dessen biologische Wirksamkeit kann eingeschränkt sein. Die Forscher vermuten, dass solche Veränderungen ein bislang wenig beachteter Faktor für die nachlassende Muskelregeneration sein könnten.
Frühere Studien lieferten bereits wichtige Hinweise
Dass die chemische Veränderung des HGF-Proteins tatsächlich mit dem Alterungsprozess zusammenhängen könnte, hatten die Wissenschaftler bereits in früheren Untersuchungen festgestellt. In einer 2023 in der Fachzeitschrift Aging Cell veröffentlichten Studie untersuchte das Forschungsteam Muskelgewebe von Ratten unterschiedlichen Alters. Dabei zeigte sich, dass die Nitrierung des HGF-Proteins mit zunehmendem Alter anstieg. Besonders betroffen waren bestimmte schnell kontrahierende Muskelfasern.
Weitere Laboruntersuchungen bestätigten, dass diese chemische Veränderung die Bindung des Proteins an seinen Rezeptor c-Met erheblich beeinträchtigen kann. Dadurch könnte die Aktivierung der Muskelstammzellen gestört werden, was wiederum die natürliche Regeneration der Muskulatur erschwert. Eine weitere Studie aus dem Jahr 2024 beschäftigte sich deshalb mit Möglichkeiten, diese schädliche Veränderung zu verhindern. Die aktuelle Untersuchung mit LASSS knüpft an diese Forschungsergebnisse an und verfolgt erstmals den Ansatz, das HGF-Protein nicht nur zu schützen, sondern seine Bindungsfähigkeit sogar über das ursprüngliche Niveau hinaus zu steigern
Schwefelverbindung verändert die Eigenschaften des Proteins
Um herauszufinden, wie sich dieser Funktionsverlust verhindern lässt, untersuchte das Team zwei schwefelhaltige Verbindungen mit antioxidativen Eigenschaften: Glutathiontrisulfid (GSSSG) und Liponsäuretrisulfid (LASSS). Beide Substanzen gehören zur Gruppe der Trisulfide. Charakteristisch für diese Stoffe ist eine Verbindung aus drei Schwefelatomen. Sie können an sogenannten Redoxreaktionen teilnehmen und dadurch bestimmte chemische Prozesse in Zellen beeinflussen.
In den Laborversuchen konnten beide Verbindungen die unerwünschte Nitrierung des HGF-Proteins reduzieren. Allerdings zeigte sich zunächst, dass der Schutz vor dieser chemischen Veränderung allein nicht ausreichte, um die ursprüngliche Bindungsfähigkeit vollständig wiederherzustellen. Erst bei einer höheren Konzentration von LASSS beobachteten die Wissenschaftler einen Effekt, mit dem sie offenbar nicht gerechnet hatten: Das Protein konnte plötzlich deutlich besser an seinen Rezeptor c-Met binden.
Die Bindungsfähigkeit war im Vergleich zu unbehandeltem HGF mehr als doppelt so hoch. Gleichzeitig zeigte sich eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber den Funktionsverlusten, die durch Nitrierung entstehen können. Besonders interessant: Dieser zusätzliche Effekt trat bei LASSS auf, nicht aber bei der ebenfalls untersuchten Verbindung GSSSG.
Forscher sprechen von einer Art „Super HGF“
Die Wissenschaftler vermuten, dass LASSS nicht nur als Antioxidans wirkt, sondern auch direkt mit dem HGF-Protein interagiert. Dabei könnte die Schwefelverbindung dessen räumliche Struktur verändern und so die Fähigkeit verbessern, an den c-Met-Rezeptor zu binden. Die räumliche Struktur eines Proteins ist entscheidend für seine Funktion. Schon geringfügige Veränderungen können beeinflussen, wie gut es mit anderen Molekülen zusammenarbeitet. Im Fall von HGF könnte dies dazu führen, dass das Protein seine Signale an die Muskelstammzellen effektiver überträgt. Die Forscher sprechen deshalb von einer Art „Super HGF“. In den Laborversuchen zeigte das mit LASSS behandelte Protein eine mehr als doppelt so hohe Bindungsaffinität zum c-Met-Rezeptor wie die unbehandelte Variante. Ob diese gesteigerte Aktivität tatsächlich zu einer verbesserten Muskelregeneration führt, muss allerdings noch in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
Nach den Laborversuchen wollten die Forscher wissen, ob LASSS auch innerhalb lebenden Muskelgewebes einen schützenden Effekt entfalten kann. Dafür verwendeten sie Mäuse, bei denen durch eine sogenannte Schwanzsuspension die normale Belastung der Muskulatur reduziert wurde. Dieses experimentelle Verfahren wird eingesetzt, um Veränderungen zu untersuchen, die bei längerer körperlicher Inaktivität auftreten können. Dazu gehört auch der Abbau von Muskelgewebe. Die Tiere, die vor dem Versuch LASSS erhalten hatten, zeigten eine deutlich geringere Nitrierung des HGF-Proteins als die unbehandelte Vergleichsgruppe.
Damit fanden die Forscher erste Hinweise darauf, dass die Verbindung nicht nur unter kontrollierten Laborbedingungen, sondern auch innerhalb eines lebenden Organismus Einfluss auf die chemischen Veränderungen des Reparaturproteins nehmen kann. Allerdings ist eine wichtige Einschränkung zu beachten: Die Mäuse entwickelten durch die Behandlung nicht nachweislich mehr Muskelmasse oder eine höhere Muskelkraft. Untersucht wurde vor allem, ob LASSS das HGF-Protein vor bestimmten chemischen Veränderungen schützen kann. Auch die zweite Schwefelverbindung, GSSSG, zeigte in diesem Versuch nicht denselben Schutzeffekt.
Könnte die Entdeckung künftig Muskelschwund entgegenwirken?
Die Entdeckung könnte langfristig neue Möglichkeiten im Umgang mit altersbedingtem Muskelabbau eröffnen. Denn mit zunehmendem Alter verliert der Körper nicht nur Muskelmasse und Kraft, sondern auch einen Teil seiner natürlichen Fähigkeit, beschädigtes Muskelgewebe zu reparieren. Ähnliche Probleme können nach längeren Phasen körperlicher Inaktivität auftreten, beispielsweise nach Operationen, bei längerer Bettlägerigkeit oder während schwerer Erkrankungen. In solchen Situationen kann der Muskelabbau zusätzlich beschleunigt werden.
Der Ansatz der japanischen Forscher unterscheidet sich von bisherigen Strategien, die vor allem auf den Aufbau neuer Muskelmasse abzielen. Stattdessen soll ein bereits vorhandener körpereigener Reparaturmechanismus unterstützt werden. Im Mittelpunkt steht dabei das HGF-Protein, dessen Funktion durch chemische Veränderungen beeinträchtigt werden kann. Wenn es gelingt, diese Veränderungen mithilfe von LASSS zu verhindern und gleichzeitig die Bindungsfähigkeit des Proteins zu verbessern, könnte dies die natürlichen Regenerationsprozesse der Muskulatur unterstützen. Sollten weitere Untersuchungen die bisherigen Ergebnisse bestätigen, wäre LASSS möglicherweise ein interessanter Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Therapieansätze gegen altersbedingten Muskelschwund. Denkbar wären langfristig auch Anwendungen bei Menschen, deren Muskulatur durch längere Immobilität oder Erkrankungen geschwächt ist.
Die Forscher sehen darüber hinaus mögliche Einsatzgebiete in der Tiermedizin. Insbesondere ältere Hunde und Katzen könnten künftig von neuen Ansätzen profitieren, die darauf abzielen, den altersbedingten Verlust von Muskelgewebe zu begrenzen. Bis dahin sind allerdings weitere Studien notwendig. Vor allem muss geklärt werden, ob LASSS tatsächlich die Muskelregeneration verbessert, die Muskelkraft erhält und langfristig sicher angewendet werden kann. Die bisherigen Ergebnisse liefern dafür einen interessanten Ansatz, belegen aber noch keine therapeutische Wirkung beim Menschen
Noch ist der Weg zur Anwendung beim Menschen weit
So vielversprechend die Ergebnisse auch erscheinen: Bis zu einer möglichen medizinischen Anwendung sind noch zahlreiche Fragen offen. Insbesondere muss geklärt werden, ob LASSS tatsächlich die Muskelregeneration bei älteren Lebewesen verbessern kann. Dafür sind weitere Untersuchungen an alternden Tieren notwendig. Ebenso müssen mögliche Nebenwirkungen, die Sicherheit und die geeignete Dosierung untersucht werden.
Auch ist bislang nicht nachgewiesen, dass die verbesserte Bindung des HGF-Proteins tatsächlich zu mehr Muskelkraft, einer größeren Muskelmasse oder einer besseren körperlichen Leistungsfähigkeit beim Menschen führt. Die Untersuchung liefert somit noch keine Grundlage für eine neue Behandlung gegen Muskelschwund. Sie zeigt aber einen interessanten biologischen Ansatz: Möglicherweise lässt sich die altersbedingt nachlassende Muskelreparatur verbessern, indem ein wichtiges körpereigenes Signalprotein vor schädlichen Veränderungen geschützt wird. Gerade weil der Ansatz an einem bereits vorhandenen Reparaturmechanismus ansetzt, könnte er für die zukünftige Alters- und Regenerationsforschung interessant werden.
