Die Gesundheit des menschlichen Körpers steht in engem Zusammenhang mit der Funktionsfähigkeit der Mitochondrien, die als die „Kraftwerke“ der Zellen gelten. Ein Team von Forschenden der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Universität zu Köln hat einen entscheidenden Mechanismus entdeckt, der Mitochondrien schützt und repariert. Ihre Ergebnisse, die in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, eröffnen vielversprechende Perspektiven für die Entwicklung präventiver Therapien gegen schwerwiegende Erkrankungen.
Beschädigte mitochondriale DNA (mtDNA) ist wichtig, da sie mit einer Vielzahl von Erkrankungen in Verbindung gebracht wird, darunter Parkinson, Alzheimer, ALS, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-2-Diabetes. Die Forscher stellten fest, dass Schäden an der mtDNA den Alterungsprozess beschleunigen und die zelluläre Gesundheit gefährden. Ein effektiver Schutzmechanismus könnte somit entscheidend für die Prävention solcher Krankheiten sein.
Der Reparaturmechanismus der Mitochondrien
Die Wissenschaftler entdeckten ein Recyclingsystem, das aktiviert wird, wenn die mtDNA geschädigt ist. Dieser Mechanismus basiert auf einem Proteinkomplex namens Retromer sowie auf Lysosomen, die als „Recyclingzentren“ fungieren. Sie beseitigen beschädigtes genetisches Material und tragen so zur Erhaltung der zellulären Gesundheit bei. Prof. David Pla-Martín, einer der Hauptautoren der Studie, betont, dass das Verständnis dieses Mechanismus zur Entwicklung neuer Therapien beitragen kann.
In ihrer Untersuchung verwendeten die Forschenden das Modellorganismus Drosophila. Hierbei zeigte sich, dass eine gesteigerte Aktivität des Retromer-Komplexes, insbesondere des Proteins VPS35, die mitochondriale Funktion signifikant verbessert. Die Ergebnisse aus den Versuchen mit Drosophila konnten nun auch an menschlichen Zellen bestätigt werden. Dies legt den Grundstein für mögliche therapeutische Strategien zur Behandlung mitochondrialer Krankheiten und altersbedingter Leiden.
Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen
Zusätzlich zu den Erkenntnissen von HHU und der Universität zu Köln können weitere Studien die Relevanz der mtDNA in Bezug auf neurodegenerative Erkrankungen beleuchten. Eine aktuelle Studie zur Parkinson-Krankheit untersucht die Rolle der IFNβ/IFNAR-Signalwege und deren Zusammenhang mit mtDNA. Hierbei wurde die dysregulierte oxidative Phosphorylierung (OXPHOS) als Hauptweg bei sporadischer Parkinson-Krankheit mit Demenz identifiziert.
Forscher fanden heraus, dass eine Überproduktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu oxidativen Mutationen und Schäden an der mtDNA führt. In post-mortem Gehirnproben von Patienten mit schwerer Parkinson-Krankheit wurden Verlust von ND4 und ND5, Subeinheiten der Atmungskette, festgestellt. Tiermodelle ohne IFNβ-IFNAR-Signalgebung zeigen Ähnlichkeiten zu den Erkrankungen, wobei erhöhte ROS-Spiegel und defekte mitochondriale Funktionen beobachtet wurden.
Die Studie beschreibt auch, wie beschädigte mtDNA eine Neurotoxizität zur Folge hat. In-vivo-Experimente, bei denen mtDNA in Mäuse injiziert wurde, führten zu motorischen und kognitiven Beeinträchtigungen sowie neuronalen Verlust. Dies verdeutlicht die weitreichenden Folgen, die beschädigte mtDNA auf das Gehirn hat, da sie neuronale Schäden in entfernten Hirnregionen, einschließlich der olfaktorischen Bulben, verursachen kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die jüngsten Erkenntnisse einen vielversprechenden Schritt in der Forschung rund um mitochondriale Krankheiten darstellen. Das Wechselspiel zwischen mtDNA-Schäden und neurodegenerativen Erkrankungen erfordert eine vertiefte Betrachtung. Wie hhu.de erklärt, können die Ergebnisse dieses Forschungsteams in naher Zukunft nicht nur unser Verständnis von Krankheiten erweitern, sondern auch die Entwicklung neuer, zielgerichteter Therapien unterstützen. Weitere Einblicke geben Nature, die auf die spezifischen Signalwege bei der Parkinson-Krankheit eingehen und deren Bedeutung für die mitochondriale Integrität beleuchten.
