Der menschliche Lebenszyklus - Biologische, gesellschaftliche, kulturelle Aspekte

3. Teilprogramm (2007-2012)

Der menschliche Lebenszyklus ist seit dem 20. Jahrhundert in grundlegender Veränderung begriffen. Dabei wirken biologische und technologische, gesellschaftliche und kulturelle Faktoren zusammen, so dass zur Bewältigung der dadurch entstehenden brisanten Probleme die Zusammenarbeit verschiedener Wissenschaften erforderlich ist.

Dabei bestehen erhebliche kulturelle Unterschiede in der kognitiven Modellierung der Befunde, die zum Teil erst performativ hergestellt werden: was ist Jugend, was ist Alter?

Das 3. Teilprogramm hat die biologischen, gesellschaftlichen und kulturellen Aspekte des menschlichen Lebenszyklus' erforscht und wurde 2012 erfolgreich beendet.

Die gemeinsame Abschlusstagung "Der menschliche Lebenszyklus – Biologische, gesellschaftliche, kulturelle Aspekte" (PDF) fand am  14.-15. Juni 2012 in Heidelberg statt.

Gefördert durch

 

Veränderung der Gedächtnisfunktion im alternden Gehirn - funktionelle, biochemische und genetische Aspekte

Im Rahmen des multimethodalen Ansatzes des Projekts konnten maßgebliche Erkenntnisse zu biopsychologischen Korrelaten altersassoziierter Veränderungen der Gedächtnisleistung gewonnen werden, welche den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet bereichern. Die funktionellen Ergebnisse und deren mathematische Modellierung sowie die spektroskopischen Analysen unterstützen Annahmen zu einem neuronalen Wechselspiel zwischen Abbau- (Dedifferenzierung) und Anpassungsprozessen (Kompensation) mit zunehmendem Lebensalter. Strukturell scheint dabei das Ausmaß körperlicher/sportlicher Aktivität maßgeblich die Integrität insbesondere des Hippokampus, als bedeutsame Gedächtnisstruktur, zu beeinflussen. Hinsichtlich genetischer Einflussfaktoren zeigte die Analyse der SCN1A-Genvariante rs10930201 neben altersunabhängigen strukturellen Befunden (Reduktion der grauen Substanz in frontalen Regionen einschließlich der Insel) deutliche altersassoziierte Effekte sowohl auf der funktionellen wie metabolischen Ebene. Hier zeigte sich vor allem, dass Trägerinnen und Träger des Vulnerabilitätsallels eine schlechtere Arbeitsgedächtnisleistung aufweisen, welche mit erhöhten frontalen und cingulären Aktivierungen in Zusammenhang steht. Gleichzeitig war der alterskorrelierte mI-Anstieg in Trägerinnen und Trägern des Vulnerabilitätsallels signifikant erhöht.

 

Im Projekt entstandene Publikationen:
  • Tunc-Skarka N., Meier S., Demirakca T., Sack M., Weber-Fahr W., Brusniak W., Wolf I., Matthäus F., Schulze T.G., Diener C., Ende G. (2014). Effects of normal aging and SCN1A risk-­‐gene expression on brain metabolites: evidence for an association between SCN1A and myo-­inositol. NMR Biomed. 27(2): 228–234.
  • Matthäus F., Schmidt J.P., Banerjee A., Schulze T.G., Demirakca T., Diener, C. (2012). Effects of age on the structure of functional connectivity networks during episodic and working memory demand. Brain Connectivity 2: 113–124.
  • Meier S., Demirakca T., Brusniak W., Wolf I., Liebsch K., Tunc-Skarka N., Nieratschker V., Witt S.H., Schmäl C., Matthäus F., Ende G., Flor H., Rietschel M., Diener C., Schulze T.G. (2012). SCN1A affects brain structure and the neural activity of the aging brain. Biological Psychiatry 72: 677–683.
  • Matthäus F., Schmidt J.P., Demirakca T., Diener C. (2011). Structural analysis of functional connectivity related to memory reveals network changes in memory function over the life span. 20th Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS, Stockholm, Sweden. BMC Neuroscience 12 (Suppl 1): 71.

 

KollegiatInnen:
  • Dr. Carsten Diener
  • Dr. Franziska Matthäus

 

Assoziierte ProjektpartnerInnen
  • PD Dr. Gabriela Ende
  • Prof. Dr. Thomas G. Schulze

 

Der Mensch ist so alt wie seine Stammzellen

Adulte (oder somatische) Stammzellen gewährleisten zeitlebens die Regeneration entsprechender Gewebe, weshalb insbesondere diese körpereigenen Stammzellen für das Altern des Gesamtorganismus verantwortlich sind. Blutstammzellen (HSC) und mesenchymale Stammzellen (MSC) stellen zwei Typen multipotenter Stammzellen dar, wobei insbesondere HSC auch erfolgreich für klinische Anwendungen eingesetzt werden. Ziel des Projekts war es, altersbedingte Veränderungen in HSC und MSC zu untersuchen und anhand von mathematischen Modellen nachzuvollziehen. Im Zentrum stand die Hypothese, dass epigenetische Programmierungen in erheblichem Maße diese Alterungsprozesse determinieren. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Kliniken, einer naturwissenschaftlichen Forschungseinrichtung und dem Institut für angewandte Mathematik erlaubte die Integration medizinischer, biologischer und mathematischer Aspekte für eine umfassende Untersuchung aus verschiedenen Blickwinkeln. Dabei wurde davon ausgegangen, dass die biologischen Mechanismen des menschlichen Lebenszyklus weniger auf der zufälligen Akkumulation von Fehlern im Zellstoffwechsel beruhen, sondern im Rahmen eines sinnvollen und determinierten „Alterungsprogramms“ in unseren Stammzellen vorgegeben sind. Die Ergebnisse der Arbeiten zeigten einen Zusammenhang zwischen der replikativen Seneszenz und einer kontinuierlichen  Veränderung  ihres  Stammzellpotentials  sowie  des  mRNA-  und  miRNA­‐Expressionsprofils. Stammzellen aus verschieden alten Menschen wiesen Unterschiede in Methylierung und Genexpression auf. Unter Anwendung der entwickelten mathematischen Modelle zeigte sich die Vereinbarkeit lebenslanger Hämatopoese mit einer Beschränkung auf 50 Zellteilungen sowie mögliche Veränderungen des Verhältnisses von Stamm­‐ und Vorläuferzellen.

 

Im Projekt entstandene Publikationen:
  • Cholewa D., Stiehl T., Schellenberg A., Bokermann G., Joussen S., Koch C., Walenda T., Pallua N., Marciniak-Czochra A., Suschek C.V., Wagner W. (2011). Expansion of adipose mesenchymal stromal cells is affected by human platelet lysate and plating density. Cell Transplant 20(9): 1409–1422.
  • Bork S., Horn P., Castoldi M. (2010). Adipogenic Differentation of Humane Mesenchymal Stromal Cells is Down-Regulated by microRNA-369-5p and Up-Regulated by microRNA-371. J. Cell Physiol. Dec. 6.
  • Bork S., Pfister S., Witt H., Horn P., Korn B., Ho A.D., and Wagner W. (2010). DNA Methylation Pattern Changes upon Long-­‐Term Culture and Aging of Human Mesenchymal Stromal Cells. Aging Cell 9: 54–63.
  • Marciniak-Czochra A. (2009). Mathematical Models of Stem Cells Renewal and Differentiation. Oberwolfach Reports 2.
  • Marciniak-Czochra A., Stiehl T., Wagner W. (2009). Modeling of Replicative Senescence in Hematopoietic Development. AGING 1: 723–732.
  • Wagner W., Bork S., Horn P. (2009). Aging and replicative senescence have related effects on human stem and progenitor cells. PLoS ONE 4: e5846.
  • Horn P., Bork S., Diehlmann A., Walenda T., Eckstein V., Ho A.D., Wagner W. (2008). Isolation of human mesenchymal stromal cells is more efficient by red blood cell lysis. Cytotherapy 10: 676–685.
  • Marciniak-­Czochra A., Stiehl T., Ho. A.D.,Jaeger W. and Wagner W. (2008). Modeling asymmetric cell division in hematopietic stem cells – regulation of self-­‐renewal is essential for efficient repopulation. Stem Cells Dev. 17: 1–10.
  • Wagner W., Horn P., Bork S., Ho A.D. (2008). Aging of hematopoietic stem cells is regulated by the stem cell niche. Exp. Gereontol. 43: 974–980.
  • Wagner W., Horn P., Castoldi M., Diehlmann A., Bork S., Saffrich R., Benes V., Blake J., Pfister S., Eckstein V., Ho A.D. (2008). Replicative Senescence of Mesenchymal Stem Cells – a Continuous and Organized Process. PLoS ONE 3(5): e2213.

 

KollegiatInnen:
  • Dr. Simone Bork
  • Dr. Anna Marciniak-Czochra
  • PD Dr. Stefan Pfister

 

Assoziierter Projektpartner:

Prof. Dr. Dr. Wolfgang Wagner

 

Religiöse und poetische Konstruktion von Lebensalter. Konzeptualisierung und Kommentierung von Alterszäsuren im Lebenszyklus

Die hohe Variabilität des Alterns beim Menschen wirkt sich auch auf das kulturelle Verständnis der Alterungsprozesse und der Altersstufen aus. Der demographische Wandel der Gegenwart wurde eingeleitet durch eine seit gut hundertfünfzig Jahren stetig wachsende Lebenserwartung. Einerseits scheint dadurch der Zusammenhang zwischen Reproduktion, Seneszenz und Mortalität, wie er zunächst von der Evolutionsbiologie angenommen wurde, durch den verlängerten Lebenszyklus immer fraglicher, andererseits haben sich jedoch die kognitiven Vorstellungen des Lebenszyklus vergleichsweise wenig verändert. So sind biomedizinische Empirie und soziokulturelle Konzepte zunehmend in Dissonanz zueinander geraten, wie die Diskussion um das Renteneintrittsalter exemplarisch zeigt. Um erklären zu können, warum trotz deutlich längerer Lebenserwartung in der Moderne tradierte, vor-­ und frühmoderne Konzepte vom menschlichen Lebenszyklus bis heute fortwirken, ist es erforderlich, die diversen Vorstellungen von den Lebensaltern in einer langen historischen Perspektive zu beschreiben. Anschließend sollte untersucht werden, nach welchen Regeln sie jeweils kognitiv modelliert wurden und wie sie bis heute aufeinander bezogen sind. Der Untersuchungszeitraum reichte von der Zeit des Alten Testaments bis zur neueren Literatur um 1950 und wurde entsprechend der beteiligten vier Disziplinen in vier Zeitschnitte unterteilt. Im Mittelpunkt der Untersuchung stand die Frage, wie sich seit der Antike aus den zum Teil topischen Beschreibungsmustern in religiösen und poetischen Texten kulturelle Deutungsspielräume des menschlichen Lebenslaufs eröffneten und wie sich dadurch ein Wandel in Altersdiskursen formieren konnte, der einerseits an tradierte Vorstellungsbilder anknüpfte, diese zugleich aber über die kontextuelle und performative Variation zu überschreiten und erneuern vermochte.

 

Im Projekt entstandene Publikationen:
  • Elm, Dorothee/Fitzon, Thorsten/Liess, Kathrin (2012): Vom weisen zum gelebten Alter. Variationen eines Topos. In: Heinz Häfner und Peter Graf Kielmansegg (Hrsg.): Alter und Altern. Wirklichkeiten und Deutungen. Berlin/Heidelberg, 73–90.
  • Fitzon Thorsten/Elm, Dorothee/Liess, Kathrin/Linden, Sandra (Hg.) (2011): Alterszäsuren. Zeit und Lebensalter. In: Literatur, Theologie und Geschichte. Berlin/New York.
  • Fitzon, Thorsten/Linden, Sandra/Liess, Kathrin/Elm, Dorothee (2011): Textwissenschaftliche Perspektiven auf eine kulturwissenschaftliche Alternsforschung. Forschungsbericht zum Akademieprojekt "Religiöse und poetische Konstruktion von Lebensaltern". In: Moderne. Kulturwissenschaftliches Jahrbuch 6 (2010/2011): Alter(n).
  • Elm, Dorothee/Fitzon, Thorsten/Liess Kathrin/Linden, Sandra(Hg.) (2009): »Der Greis im Frühling«. Schöpferische Toposvariationen in der Lyrik des 18. und 19. Jahrhunderts. In: Alterstopoi. Das Wissen von den Lebensaltern in Literatur, Kunst undTheologie. Berlin, 187–219.

 

Im Projekt organisierte Tagungen, Workshops, Seminare:

Tagung: "Alterszäsuren. Zeit und Lebensalter" (PDF) (23. - 25.9.2009, Heidelberg)

Interdisziplinäres Symposium: "Alterstopoi. Neues im alten Wissen von den Lebensaltern" (PDF) (13. - 14.3.2008, Freiburg)

 

KollegiatInnen:
  • Dr. Thorsten Fitzon
  • Dr. Dorothee Elm von der Osten
  • Dr. Kathrin Liess
  • Dr. Sandra Linden

 

Neuroplastizität und Immunologie bei kognitiver Beeinträchtigung im Alter

Kognitiver Abbau wurde bisher als unvermeidbare Konsequenz des Alterungsprozesses angesehen. Neue Ergebnisse der Plastizitätsforschung legen jedoch nahe, dass dieser Abbau durch Verhaltenstraining basierend auf Prinzipien der Neuroplastizität vermieden beziehungsweise bis zu einem gewissen Grad sogar rückgängig gemacht werden kann. Daher sind Methoden für eine möglichst frühe Diagnostik von pathologischen Alterungsprozessen im Sinne einer Demenz in Kombination mit sekundärpräventiven Trainingsmaßnahmen von zunehmend hohem gesellschaftlichem Interesse. Das beantragte Projekt umfasste drei komplementäre Teilprojekte in Kooperationen der drei Antragstellerinnen aus den Arbeitsgebieten Neuropsychologie, Analytische Chemie und klinische Neurologie/Medizin. Ziele des Projekts waren die Entwicklung und Optimierung von Methoden zur Frühdiagnostik von Demenz sowie die Testung der Praktikabilität und Effektivität von Trainingsmaßnahmen bei älteren Erwachsenen mit einem hohen Risiko für Demenz.

 

Im Projekt entstandene Publikationen:

Maftei M., Thurm F., Schnack C., Tumani H., Otto M., Elbert T., Kolassa I.T., Przybylski M., Manea M., von Arnim C.A. (2013). Increased levels of antigen-­‐bound β-­‐amyloid autoantibodies in serum and cerebrospinal fluid of Alzheimer's disease patients. PLoS One 8(7): e68996.

Lebedeva E., Stingl J.C.,Thal D.R., Ghebremedhin E., Strauss J., Özer E., Bertram L., von Einem B., Tumani H., Otto M., Riepe M.W., Ludolph A.C., von Arnim C.A. (2012). Genetic variants in PSEN2 and correlation to CSF b-amyloid42 levels in AD, NeurobiolAging 33(1): 201.

Maftei M., Thurm F., Leirer V.M., von Arnim C.A., Elbert T., Przybylski M., Kolassa I.T., Manea M. (2012). Antigen‐bound and free β‐amyloid autoantibodies in serum of healthy adults. PLoS One 7(9): e44516.

Maftei M., Tian X., Manea M., Exner T.E., Schwanzar D., von Arnim C.A., Przybylski M. (2012). Interaction structure of the complex between neuroprotective factor humanin and Alzheimer's beta-amyloid peptide revealed by affinity mass spectrometry and molecular modeling. J. Pept. Sci. 18: 373–382.

Schlee W., Leirer V., Kolassa IT., Elbert T. (2012a). Age-related changes in the neural functional connectivity and its behavioral relevance. BMC Neurosci. 13(1): 16.

Schlee W., Leirer V., Kolassa S., Thurm, F., Elbert,T., Kolassa I.T. (2012b). Development of Large-Scale Functional Networks over the Lifespan. Neurobiol Aging 33(10): 2411–21.

Watabe-Rudolph M., Song Z., Lausser L., Schnack C., Begus-Nahrmann Y., Scheithauer M.O., Rettinger G., Otto M., Tumani H., Thal D.R., Attems J., Jellinger K.A., Kestler H.A., von Arnim C.A., Rudolph K.L. (2012). Chitinase enzyme activity in CSF is a powerful biomarker of Alzheimer disease. Neurology 78: 569–577.

Leirer V.M., Wienbruch C.,Kolassa S., Schlee W., Elbert T., Kolassa I.T. (2011). Changes in cortical slow wave activity in healthy aging. Brain Imaging and Behavior 5(3): 222–228.

Thurm F., Scharpf A., Liebermann K., Kolassa S., Elbert T., Lüchtenberg D., Woll A., Kolassa I.T. (2011). Improvement of cognitive function after physical movement training in institutionalized very frail older adults with dementia. Journal of Gerontopsychology and Geriatric Psychiatry 24(4): 197–208.

Uttner I., Schurig N., von Arnim C.A., Lange-Asschenfeldt C., Brettschneider J., Riepe M.W., Tumani H. (2011). Amyloid beta 1-42 in cerebrospinal fluid is associated witz cognitive plasticity. Psychiatry Research 190(1): 132–136.

von Einem B.,Rehn F., Schwanzar D., Beyer A.S., Weber P., Wagner M., Schneckenburger H.. von Arnim C.A. (2010). Competition of the low density lipoprotein receptor related protein (LRP) with Amyloid precursor protein (APP) for beta-secretase. Experimental Neurology 225(1): 85–93.

Jesse S., Brettschneider J., Süssmuth S.D., Landwehrmeyer B.G., von Arnim C.A., Ludolph A.C., Tumani H.,Otto M. (2010). Summary of cerebrospinal fluid routine parameters in neurodegenerative diseases. Journal of Neurology 58(6) 1034–1041.

Leirer V.M., Wienbruch C., Paul-Jordanov I., Kolassa S., Elbert T., Kolassa I.T. (2010). Hippocampal activity during the transverse patterning task declines with cognitive competence but not with age. BMC Neuroscience 8(11): 113.

Drochioiu G., Manea M., Dragusanu M., Murariu M., Dragan E.S., Petre B.A., Mezó G., Przybylski M. (2009). Interaction of beta-amyloid(1-40) peptide with pairs of metal ions: An electrospray ion trap mass spectrometric model study. Biophys Chem. 144(1/2): 9–20.

 

Kollegiatinnen

Prof. Dr. Iris-Tatjana Kolassa
Dr. Marilena Manea
Prof.  Dr. Christine von Arnim