Mittwoch, Juli 3, 2024

Neu entdeckter Signalweg steuert Funktion der Mitochondrien

Stearinsäure – eine gesättigte Carbon- und Fettsäure – übt auch Signalfunktionen aus und steuert so die Funktion der Mitochondrien beziehungsweise stärkt sie diese Organellen.

 

Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum entdeckten einen völlig neuartigen Signalweg, der die Funktion der Mitochondrien, der Kraftwerke der Zelle, steuert. Die Schlüsselrolle dabei spielt überraschenderweise eine Fettsäure. Bei Fliegen, die aufgrund eines Mitochondrien-Defekts an Parkinson-artigen Symptomen leiden, verbessert die Fettsäure als Futterzusatz die Krankheitssymptome. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse jetzt in der Zeitschrift Nature.

Ohne Mitochondrien gäbe es kein höheres Leben. Jedes Tiere und jede Pflanzen sind auf die kleinen intrazellulären Organellen angewiesen. Die Aufgaben der Mitochondrien sind vielfältig. Weil sie einen Großteil der biochemischen Energie bereitstellen, werden sie auch als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Daneben sind sie für die Produktion und den Abbau von Aminosäuren und Fetten verantwortlich und steuern den Zelltod Apoptose.

Entsprechend breit ist das Spektrum an Krankheiten, die mit einer defekten Funktion der Mitochondrien im Zusammenhang stehen: Dazu zählen schwere Muskel- und Nervenkrankheiten, neurodegenerative Erkrankungen sowie alle Alterungserscheinungen.

 

Steuerung der Funktion der Mitochondrien durch puren Zufall entdeckt

„Es war zunächst purer Zufall, dass wir diese bisher völlig unbekannte Steuerung der Funktion der Mitochondrien entdeckt haben“, sagt Deniz Senyilmaz, der Erstautor der aktuellen Arbeit aus der Gruppe von Aurelio Teleman im Deutschen Krebsforschungszentrum. Teleman und sein Team wollten zusammen mit Kollegen aus Cambridge eigentlich den Stoffwechsel langkettiger Fettsäuren untersuchen.

Dazu hatte die Forscher Fliegen gezüchtet, die keine Stearinsäure mehr bilden können, eine Fettsäure, die aus 18 Kohlestoff-Atomen aufgebaut ist. Die Tiere mit diesem Defekt erwiesen sich als nicht lebensfähig und kamen über das Puppenstadium nicht hinaus.

Neugierig geworden, was dahintersteckt, kam Teleman mit seinem Team einem hochkomplexen biologischen Kontrollmechanismus auf die Spur, der die Fusion bzw. im Gegenteil den Zerfall der Mitochondrien steuert und damit die Leistungsfähigkeit dieser Organellen.

Das Schlüsselelement dieses Steuermechanismus ist der Transferrin-Rezeptor, der Stearinsäure gebunden hat. „Wir haben herausgefunden, dass die Stearinsäure, die bislang nur als einfaches Stoffwechselprodukt galt, auch Signalfunktionen ausübt“, sagt Teleman. Die Forscher zeigten, dass die Steuerung der Funktion der Mitochondrien über Stearinsäure nicht nur in der Fliege funktioniert, sondern auch in der menschlichen Krebszelllinie HeLa.

Wenn die Forscher dem Fliegenfutter Stearinsäure zusetzten, verschmolzen die Mitochondrien der Tiere miteinander und waren leistungsfähig, wenn sie die Fettsäure knapp hielten, zerfielen die Organellen. „Wenn Stearinsäure-Zusatz im Futter die Funktion der Mitochondrien verbessert, dann steigert sie möglicherweise auch die Leistungsfähigkeit krankhaft veränderter Mitochondrien“, begründet Teleman das weitere Vorgehen.

 

Funktion der Mitochondrien bei Parkinson ähnlichen Symptomen untersucht

Die Forscher untersuchten daraufhin Fliegen, die aufgrund eines Mitochondrien-Defekts Parkinson-ähnliche Symptome zeigen und als anerkanntes Modell für diese neurodegenerative Erkrankung dienen. Erhielten die kranken Tiere Stearinsäure im Futter, so verbesserten sich ihre motorischen Fähigkeiten sowie ihre Energiebilanz und sie lebten deutlich länger.

„Das eröffnet die faszinierende Möglichkeit, mit einem Lebensmittelzusatz die Symptome von Patienten zu verbessern, die an mitochondrialen Erkrankungen leiden“, sagt Teleman. „Aber natürlich ist das noch Zukunftsmusik, denn wir wissen noch gar nicht, ob menschliche Zellen genauso auf eine gesteigerte Menge Stearinsäure reagieren wie Fliegen. Unsere Nahrung enthält sowieso schon viel mehr Stearinsäure als das Fliegenfutter. Möglicherweise zeigt eine weitere Steigerung keinerlei Auswirkungen mehr.“

 

Krankheiten mit defekter Steuerung der Funktion der Mitochondrien

Ob die Steuerung der Funktion der Mitochondrien durch Starinsäure bei mitochondrialen Erkrankungen – sogenannter Mitochondriopathien – positiv wirken kann, muss allerdings erst eingehend untersucht werden. Wobei man selten Erbkrankheiten aber auch die ganz wichtigen – nahezu epidemischen – Krankheiten zu den Mitochondriopathien zählt:

  • einerseits ererbte Mitochondriopathien, die durch Genmutationen hervorgerufen, die Enzyme bzw. Stoffwechselwege des Mitochondriums pathologisch beeinflussen. Diese Krankheiten treten im Kindesalter auf und am häufigsten sind Gehirn und Nervensystem sowie Herz und Skelettmuskulatur betroffen.
  • anderererseits so genannte erworbene Mitochondriopathien wie Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson, Amyotrophe Lateralsklerose, Diabetes mellitus, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Adipositas.

 

Quelle: Deniz Senyilmaz, Sam Virtue, Xiaojun Xu, Chong Yew Tan, Julian L Griffin, Aubry K. Miller, Antonio Vidal-Puig, and Aurelio A. Teleman: Regulation of mitochondrial morphology and function by Stearoylation of TfR1. Nature 2015, DOI: 10.1038/nature14601

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