Hautalterung geht mit der Akkumulation von seneszenten Zellen einher, welche eine chronische Entzündung und den Abbau der Extrazellulären Matrix fördern. Autophagie ist ein speziesübergreifend konservierter Prozess, der durch den Abbau von alten oder beschädigten Proteinen und Organellen zur Instandhaltung zellulärer Homöostase beiträgt. Da dieser Prozess im Zuge des Alterns beeinträchtigt ist, wird angenommen, dass Autophagie eine Rolle bei der Entwicklung von Seneszenz spielt. Der Zusammenhang von Autophagie und zellulärer Seneszenz ist derzeit unzureichend verstanden und scheint vom Zelltyp, Gewebetyp und der Art und Weise, wie Seneszenz in Modellsystemen initiiert wird, abzuhängen. Warum beschädigte Zellen Seneszenz anstelle von Apoptose einleiten bleibt eine der Hauptfragestellungen in der Erforschung von altersbedingten Krankheiten.

In dieser Arbeit wurden mittels 2D-LC-MS/MS labeling-assisted proteomics 230 hochregulierte Proteine und 228 herunterregulierte Proteine in seneszenten normalen humanen dermalen Fibroblasten (NHDF) identifiziert. Unter den hochregulierten Proteinen wurden mittels gene set enrichment analysis (GSEA) 27 biologische Prozesse identifiziert, die möglicherweise im direkten Zusammenhang mit Autophagie stehen. Unter anderem waren die Lysosomen Biogenese, mTOR Signalwege und Makroautophagie erhöht. Dies zeigt, dass Stress-induzierte Seneszenz (SIPS) zu einer Erhöhung des Autophagie Flux in NHDF führt. Zur Untersuchung der Frage, ob die Erhöhung des Autophagie Flux eine Rolle in der Entwicklung von Seneszenz spielt oder eine Folge dieser ist, wurden mehrere Experimente durchgeführt. Die Stimulierung des Autophagie-Flux in humanen WS1 Fibroblasten mittels Rapamycin vor der Induktion von SIPS konnte diese verzögern, wohingegen die Blockierung des Autophagie Flux keinen Effekt zeigte. Die Erhöhung des Autophagie-Flux nach der Induktion von SIPS verzögerte ihre Ausbildung, wobei die Blockierung zum Absterben der Zellen führte. Es wurde gezeigt, dass dies spezifisch seneszente Zellen betrifft, was auf eine Autophagie-bedingte Reprogrammierung zur Apoptose hindeutet. Erste Daten belegen, dass die Anzahl an Mitochondrien und oder Calcium Signalwege eine Rolle spielen. Der genaue molekulare Mechanismus muss allerdings noch aufgeklärt werden. Die in dieser Arbeit erhobenen Daten weisen auf eine duale gegenläufige Rolle der Autophagie bei der Entwicklung von Seneszenz in Hautfibroblasten hin. Siezeigt, dass die Modulation von Autophagie einen potenziellen Angriffspunkt zur Bekämpfung von altersbedingten Krankheiten ist. In dieser Arbeit wurden außerdem mehrere Kohlenhydrate und deren Derivate auf die Fähigkeit getestet Autophagie zu beeinflussen. Raffinose, Sucrose, Isomaltulose, Sorbitol und Methyl-a-glucopyranosid wurden als neue mTOR-unabhängige Aktivatoren des Autophagie-Flux identifiziert, wohingegen Trehalose einen inhibierenden Effekt zeigte. Neben Autophagie wurden mittels GSEA ca. 40 weitere biologische Prozesse identifiziert, die in seneszenten NHDF signifikant verstärkt reguliert werden. siRNA vermitteltes Silencing von vier hochregulierten Proteinen führte zum Zelltod. Damit konnte gezeigt werden, dass (I) der Alkohol Metabolismus (APOL2), (II) der

Fettsäuremetabolismus (CES2), (III) Sauerstoffmangel (MGARP) und die Regulierung des Apoptose Signalwegs (PTTG1IP) eine direkte Rolle bei der Entwicklung von Seneszenz spielen.

Das Verständnis der molekularen Zusammenhänge von Seneszenz, Autophagie und Apoptose werden immer wichtiger in der Alters- und Krebsforschung. Ein Verständnis, wie diese Prozesse sich gegenseitig regulieren, könnte dazu beitragen neue Therapien zur spezifischen Eliminierung von seneszenten Hautfibroblasten zu entwickeln. Derzeit gibt es keine robusten spezifischen biologischen Marker zur Identifizierung von seneszenten Zellen in vitro und in vivo. Die Identifizierung von neuen Seneszenzmarkern hätte großes diagnostisches und therapeutisches Potential.