Mitochondriale Gesundheit: Wie Zellen ihre Kraftwerke reparieren

Geschädigte Mitochondrien tragen zu vielen Erkrankungen bei. Ein deutsches Forscherteam hat herausgefunden, wie Zellen mit schadhaften Mitochondrien ein spezielles Recyclingsystem aktivieren, um beschädigtes genetisches Material zu beseitigen.

Ist das genetische Material von Mitochondrien – die mitochondriale DNA oder kurz mtDNA – geschädigt, können dadurch Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer, amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-2-Diabetes entstehen. Überdies beschleunigt eine solche Schädigung den Alterungsprozess. Doch die Zellen sind normalerweise in der Lage, solche Schäden zu erkennen und darauf zu reagieren.

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Düsseldorf und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben in Zusammenarbeit mit der Universität zu Köln und dem Zentrum für Molekulare Medizin Köln (ZMMK) einen Mechanismus entdeckt, der Mitochondrien schützt und repariert. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Pla-Martín vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie I der HHU identifizierte ein spezialisiertes Recyclingsystem, das Zellen aktivieren, wenn sie eine Schädigung der mtDNA feststellen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht.

Recyclingzentren für den Erhalt der zellulären Gesundheit

Dieser Mechanismus stützt sich, so die Autoren in Science Advances, auf einen Proteinkomplex namens Retromer und die Lysosomen – Zellorganelle, die Verdauungsenzyme enthalten. Diese speziellen zellulären Kompartimente wirken wie Recyclingzentren, die das beschädigte, genetische Material beseitigen. Dieser Prozess ist einer der Mechanismen, die verhindern, dass sich fehlerhafte mtDNA anhäuft. Er erhält somit die zelluläre Gesundheit und beugt möglicherweise Krankheiten vor.

„Wir haben einen bisher unbekannten zellulären Weg identifiziert, der für die Gesundheit der Mitochondrien und damit für die natürlichen Abwehrkräfte unserer Zellen wichtig ist“, erklärt Pla-Martín und fährt fort: „Indem wir diesen Mechanismus verstehen, können wir uns erklären, wie mitochondriale Schäden Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer auslösen. Dies wiederum kann die Grundlage sein, um präventive Therapien zu entwickeln.“

Geschädigte mitochondriale DNA wird schneller beseitigt

In Zusammenarbeit mit der Zellbiologin Dr. Parisa Kakanj von der Universität zu Köln, die auch Mitglied des Exzellenzclusters CEPLAS ist, konnte Pla-Martín anhand des Modellorganismus der Fruchtfliege (Drosophila) die Erkenntnisse überprüfen und erweitern. Dr. Kakanj zeigte, dass geschädigte mitochondriale DNA deutlich beschleunigt beseitigt wird und sich die mitochondriale Funktion erheblich verbessert, wenn die Aktivität des Retromer-Komplexes – insbesondere des Proteins VPS35 – gesteigert wird.

Kakanj: „Mithilfe von Drosophila konnten wir unsere ersten Ergebnisse an menschlichen Zellen bestätigen und deutliche Verbesserungen der mitochondrialen Gesundheit nachweisen. Hiermit eröffnen sich spannende Möglichkeiten für therapeutische Strategien, um mitochondriale Krankheiten und altersbedingte Leiden zu behandeln.“