Mitochondriale Revolution: Zellen passen sich an Energieflauten an!

Mitochondriale Revolution: Zellen passen sich an Energieflauten an!

Ein Forschungsteam der Universität zu Köln hat neue Erkenntnisse über die Reaktion von Zellen auf mitochondriale Fehlfunktionen gewonnen. Mitochondrien sind entscheidend für die Energieproduktion und die Stressreaktion in Zellen. Die Studie, veröffentlicht in Nature Metabolism, fokussiert sich auf braunes Fettgewebe, das einen hohen Energiebedarf hat. Anstatt bei mitochondrialen Dysfunktionen inaktiv zu werden, passen diese Zellen ihren Stoffwechsel aktiv an.

Die Forschungen zeigen, dass bei mitochondrialer Dysfunktion spezifische Schlüsselenzyme in braunen Fettzellen umorganisiert werden, um D-2HG zu produzieren. Diese Substanz beeinflusst die DNA-Struktur im Zellkern, reguliert die Genaktivierung und stabilisiert die Zellkernhülle. Interessanterweise korrelieren hohe D-2HG-Spiegel mit einer „Whitening“-Reaktion im braunen Fettgewebe, was eine Veränderung der Zellidentität signalisiert. Professorin Dr. Aleksandra Trifunovic leitet das Forschungsteam, das die Entdeckung einer „mitochondrialen integrierten Stressreaktion“ präsentiert, die über die klassische Stresssignalisierung hinausgeht.

Methodik der Forschung

Für die Studie wurden Mäuse als Modellorganismen genutzt, die am CECAD Research Center der Universität zu Köln gezüchtet und gehalten werden. Die Tiere wurden unter strengen Auflagen, inklusive Einhaltung der NIH-Richtlinien und der Genehmigung durch die örtlichen Behörden (LANUV), gehalten. Bei der Zucht wurden Männchen mit einem oder zwei Weibchen gekoppelt, beginnend ab einem Mindestalter von 8 Wochen. Ihr Körpergewicht wurde wöchentlich aufgezeichnet und detaillierte histologische Analysen durchgeführt.

Die Proben der Fettgewebe wurden fixiert und für spätere Untersuchungen in Paraffin eingelegt. Verschiedene Techniken wie Elektronenmikroskopie und 3D-Rekonstruktion kamen zum Einsatz, um die mitochondriale Dichte und die Lipidtröpfchenanalyse durchzuführen. Die Forschung umfasste auch experimentelle Behandlungen zur Bewertung der metabolischen Aktivitäten, sowie Proteinisolierung und Analyse durch SDS-PAGE und Western Blotting.

Signalwege und therapeutische Anwendungen

Das zentrale Ziel der Forschung ist die tiefere Untersuchung des Signalweges innerhalb anderer Gewebe wie Herz und Gehirn. Durch die Analyse des Zellkerns könnte die Stabilität als Marker für mitochondriale Signale und den Zustand der Zelle dienen. Langfristig zielt die Forschung darauf ab, therapeutische Ansätze zu entwickeln, die diese mitochondrialen Stressreaktionen gezielt nutzen können.

Zusammenfassend weist die aktuelle Studie auf die Komplexität der Zellantworten bei mitochondrialen Fehlfunktionen hin und eröffnet vielversprechende Perspektiven für zukünftige therapeutische Strategien. Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Erkrankungen beitragen, die mit mitochondrialen Dysfunktionen in Verbindung stehen, wie zum Beispiel Stoffwechselstörungen oder neurodegenerative Erkrankungen.