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Ein Kölner Forschungsteam fand heraus, dass ein mutiertes Mitochondriengen die Lebensdauer des Modellorganismus C. elegans durch die Einschaltung eines Entgiftungspfades verdoppelt / Veröffentlichung in „Nature Communications“.
Genetisch mutierte Exemplare des Fadenwurms C. elegans, bei denen ein Mitochondriengen verändert wurde, produzieren mehr reaktive Sauerstoffspezies (reactive oxygen species – ROS), die für Zellen schädlich sein können, indem sie oxidativen Stress verursachen. Dieser mutierte Wurm kann jedoch doppelt so lange leben wie der Wildtyp. Professorin Dr. Aleksandra Trifunovic und ihr Team am CECAD-Exzellenzcluster für Alternsforschung an der Universität zu Köln zeigten erstmals, dass diese Langlebigkeit von einem Entgiftungspfad gesteuert wird, der direkt durch den ROS-Gehalt reguliert wird. Die Ergebnisse sind umso wichtiger da der Pfad, den die Zellen benötigen um unerwünschte, unnatürliche Substanzen aus ihrem Innern zu entfernen, im gesamten Tierreich erhalten geblieben ist. Bei Mensch und Tier ist er beispielsweise in der Leber für den Medikamentenstoffwechsel wichtig. Die Studie „KLF-1 orchestrates a xenobiotic detoxification program essential for longevity of mitochondrial mutants“, wurde nun in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen. Sie produzieren Energie mit Hilfe von Sauerstoff während eines Prozesses, der als Respiration bezeichnet wird. Der Nebeneffekt dieses Prozesses ist das Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies oder ROS, die immer ein Nebenprodukt der Atmung sind. Während des Alterungsprozesses leiden die Mitochondrien unter Verschleiß und ihre Fähigkeit sinkt, die ROS-Produktion unter Kontrolle zu halten. Einige Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen glauben sogar, dass das Altern eine Folge von Schäden ist, die durch ROS verursacht werden. Tatsächlich werden mit zunehmendem Alter mehr ROS und andere toxische Metabolite produziert.
Entgiftungspfade entfernen toxische Metaboliten in drei Schritten. In der ersten Phase werden die Metaboliten erkannt und modifiziert, so dass sie in der zweiten Phase neutralisiert und in der dritten Phase aus der Zelle entfernt werden können. Die gesamte Maschine, um den Abbau aufrechtzuerhalten, ist extrem energieaufwändig und wird unter strenger transkriptioneller Kontrolle gehalten. In der Regel wird sie nur bei Bedarf eingeschaltet.
Dr. Marija Herholz, die leitende Forscherin der Studie, zeigte, dass ein bestimmter Transkriptionsfaktor, also ein regulierendes Protein, eine wichtige Rolle spielt: „Als wir KLF-1 löschten, verloren die genetisch veränderten Organismen ihre Langlebigkeit und kehrten zu einer normalen Lebensdauer zurück, während gleichzeitig der Entgiftungspfad abgeschaltet wurde. Dies zeigt, dass KLF-1 den Pfad in Gang hält und für die Langlebigkeit des Organismus wichtig ist.“ Aber die längere Lebensdauer der Mutanten hat auch einige Nachteile: „Wir konnten sehen, dass sich die Mutanten langsamer bewegen und sich langsamer entwickeln, da sie weniger Energie produzieren und die komplexe Entgiftungsanlage unterstützen müssen“, fügt Herholz hinzu.
Bisher standen ROS in Verruf, Zellen zu schaden. Neuere Forschungen zeigen, dass ROS eine wichtige Rolle als Signalmolekül spielt. Im Rahmen der Studie konnten die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass ein höherer Gehalt an Antioxidantien, die den Würmern verabreicht werden, zu einer verkürzten Lebensdauer führt, indem sie ROS entfernen und damit den Signalweg blockieren. Die öffentliche Wahrnehmung von ROS ausschließlich als etwas Negative wird daher nicht durch wissenschaftliche Erkenntnisse gestützt“, sagte Marija Herholz. „Unsere Studie hat gezeigt, dass es sogar schädlich sein kann, wenn der Gehalt an Antioxidantien zu hoch ist.“
In weiteren Studien will das Team nun genauer untersuchen, was auf molekularer Ebene vor und nach der Aktivierung des Signalweges passiert.
Inhaltlicher Kontakt:
Dr. Marija Herholz
Exzellenzcluster CECAD
marija.herholz@uk-koeln.de
Presse und Kommunikation:
Peter Kohl
pkohl@uni-koeln.de
+49 221 478 84043
Zur Publikation:
‘KLF-1 orchestrates a xenobiotic detoxification program essential for longevity of mitochondrial mutants’
Marija Herholz, Estela Cepeda, Linda Baumann, Alexandra Kukat, Johannes Hermeling, Sarah Maciej, Karolina Szczepanowska, Victor Pavlenko, Peter Frommolt & Aleksandra Trifunovic
Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-019-11275-w
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine
transregional, national
Research results
German
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