Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellbiologie - Resilienz der Energiepakete

05.03.2020

Mitochondrien können Stress nicht selbst bewältigen, sondern müssen Hilfe der Zelle, die sie umgibt, einholen. Jetzt haben LMU-Genetiker einen lange gesuchten Signalweg für diesen Schutzmechanismus gefunden.

Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, produzieren die universelle Energiewährung, das sogenannte ATP, und sind an zahlreichen essenziellen Stoffwechselvorgängen beteiligt. Geraten sie unter Stress, etwa wenn sich fehlerhafte Proteine anreichern, wird ihre Funktion gestört.


Dies kann schwerwiegende Folgen für den Organismus haben. Damit die Zelle mit Schutzmaßnahmen reagieren kann, muss der Stress sozusagen aus den Mitochondrien an das Zellinnere, das Cytosol, gemeldet werden. Wissenschaftler um Professor Lucas Jae vom Genzentrum der LMU berichten nun im renommierten Fachblatt Nature erstmals davon, auf welchem Weg dies bei menschlichen Zellen geschieht.

Fehlfunktionen von Mitochondrien tragen zur Entstehung zahlreicher Krankheiten bei und gelten auch als ein zentraler Aspekt bei der Frage des Alterns. Daher könnten die jüngsten Ergebnisse neue therapeutische Strategien eröffnen.

Mitochondrien haben keinerlei Gene, die es ihnen ermöglichen würden, selbstständig mit Stress umzugehen; deshalb müssen sie ihn ans Cytosol übermitteln. Dort kommen dann die Mechanismen in Gang, die den Stress kompensieren oder, wenn ein bestimmtes Stresslevel überschritten ist, den programmierten Zelltod auslösen.

Die Signalübertragung vom Mitochondrium zum Cytosol wurde bisher vor allem im Fadenwurm C. elegans untersucht, dessen Signalwege dafür sind mit denen des Menschen aber nicht zu vergleichen.

Menschliche Zellen reagieren auf mitochondrialen Stress – aber auch auf zahlreiche andere Stressfaktoren – mit einer eher unspezifischen Reaktion im Cytosol, der sogenannten „Integrated Stress Response (ISR)“.

„Den zugehörigen Signalweg vom Mitochondrium zum Cytosol allerdings haben Forscher mithilfe klassischer biochemischer Verfahren seit mehr als 20 Jahren vergeblich gesucht“, sagt Jae. „Deshalb haben wir nun einen genetischen Ansatz gewählt, um diese Frage zu klären.“

Die Wissenschaftler verwendeten spezielle menschliche Zellen, in denen jedes Gen nur einmal vorliegt, sodass der Ausfall eines spezifischen Gens nicht durch eine zweite Kopie kompensiert werden kann. Dann fügten sie nach dem Zufallsprinzip Mutationen in Gene ein und schalteten sie damit aus.

„Mithilfe dieses genomweiten Screening-Verfahrens haben wir zwei mitochondriale Schlüsselfaktoren für den bisher unbekannten Signalweg zur mitochondrialen Stressübertragung nachgewiesen: ein mitochondriales Protein-spaltendes Enzym namens OMA1 und das bisher kaum charakterisierte Protein DELE1“, sagt Jae.

Werden die Mitochondrien gestresst, wird OMA1 aktiviert und schneidet DELE1 in ein kürzeres Stück, das vom Mitochondrium ins Cytosol verlagert wird. Dort bindet dieses Bruchstück an ein weiteres Enzym, das wiederum die bekannte Stressantwort ISR auslöst. „Von diesem Enzym glaubte man bisher, dass es hauptsächlich für die Bildung roter Blutkörperchen benötigt wird“, sagt Jae. „Wir haben nun gefunden, dass es unabhängig davon auch durch DELE1 aktiviert werden kann.“

Nach Ansicht der Forscher stecken in diesen Ergebnissen womöglich neue Chancen, die zelluläre Stressantwort medikamentös zu modulieren. Dies könnte zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien bei Krankheiten beitragen, die durch mitochondriale Fehlfunktionen ausgelöst werden. Dazu gehören unter anderem altersassoziierte schwere neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson.

Bisher gibt es lediglich Moleküle, die unspezifisch die komplette Stressreaktion ISR blockieren. Trotz ihrer geringen Spezifität haben solche Moleküle im Mausmodell bereits positive Effekte auf die Kognition gezeigt. Eine generelle Inhibition der ISR hat allerdings auch ungewünschte Effekte, da die Stressreaktion unter anderem auch einen antiviralen Schutz vermittelt.

„Nun wäre es alternativ denkbar, durch die Manipulation der von uns identifizierten Schlüsselfaktoren selektiv die zelluläre Antwort auf mitochondrialen Stress zu modulieren“, sagt Jae.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Professor Lucas T. Jae
Gene Center | Dept. of Biochemistry
Tel.: +49.89.2180.71134
jae@genzentrum.lmu.de
genzentrum.uni-muenchen.de/research-groups/jae

Originalpublikation:

A pathway coordinated by DELE1 relays mitochondrial stress to the cytosol
E. Fessler, E.-M. Eckl, S. Schmitt, I. A. Mancilla, M. F. Meyer-Bender, M. Hanf, J. Philippou-Massier, S. Krebs, H. Zischka, L. Jae
Nature 2020
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2076-4

LMU Stabsstelle | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht CeMM Studie gibt Einblick in die Funktionsweise eines wichtigen Genregulators
01.06.2020 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen
29.05.2020 | Universität Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen

29.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wald im Wandel

29.05.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

Schwarzer Stickstoff: Bayreuther Forscher entdecken neues Hochdruck-Material und lösen ein Rätsel des Periodensystems

29.05.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics