Mitochondrien werden oft als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet, weil sie Energie produzieren. Aber sie tun noch viel mehr als das – sie helfen, den Stoffwechsel zu regulieren, halten die Zellen gesund und ermöglichen ihnen, miteinander zu kommunizieren. Wie kann ein einziges Mitochondrium so viele Aufgaben bewältigen? Eine Vermutung ist, dass die Zellen auf verschiedene Arten von Mitochondrien angewiesen sind, die jeweils für eine bestimmte Aufgabe konzipiert sind.
Einige Zellen, wie Muskel- und Fettzellen, scheinen über verschiedene Mitochondrientypen zu verfügen, aber es ist immer noch nicht klar, wie dies in den einzelnen Zellen funktioniert. Neuronen – die Zellen, aus denen unser Gehirn und Nervensystem bestehen – sind aufgrund ihrer komplexen Struktur ein besonders interessanter Fall. Im Gegensatz zu den meisten Zellen, die eine einfache Form haben, haben Neuronen einen großen zentralen Körper und lange Ausläufer, die Dendriten und Axone genannt werden. Diese Teile sind räumlich stark voneinander getrennt und haben unterschiedliche Bedürfnisse, was bedeutet, dass sie Mitochondrien mit spezialisierten Funktionen benötigen könnten.
Diese Spezialisierung könnte auch erklären, warum sich bestimmte Gehirnkrankheiten entwickeln. Genetische und degenerative Erkrankungen, die beispielsweise zum Verlust des Sehvermögens oder zu Lähmungen führen können, betreffen oft nur bestimmte Teile der Neuronen, während andere unversehrt bleiben. Da die Mitochondrien eine so große Rolle bei der Aufrechterhaltung der Neuronen spielen, stellen Adrian Martí Pastor, ein Stipendiat unserer Stiftung, und seine Arbeitsgemeinschaft die Hypothese auf, dass Probleme in bestimmten mitochondrialen Subtypen einige Neuronenregionen anfälliger für Krankheiten machen könnten.
Frühe Forschungsarbeiten deuteten darauf hin, dass Mitochondrien aufgrund ihrer Lage innerhalb eines Neurons spezialisiert sein könnten, aber die meisten Studien konzentrierten sich eher auf ihre Form als auf ihre Funktion. Bisher hat noch niemand systematisch untersucht, ob Mitochondrien in verschiedenen Teilen eines Neurons tatsächlich unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Die Forschung von Adrian Martí Pastor zielt darauf ab, diese Frage zu beantworten, indem sie Mitochondrien aus verschiedenen Regionen der Neuronen isolieren und ihre Eigenschaften analysieren.
Durch die Entwicklung neuer Methoden zur Isolierung von Mitochondrien aus den Nervenzellen von Mäusen hat die Forschungsgruppe herausgefunden, dass sich die Mitochondrien im Zellkörper auf die Energieproduktion und die Herstellung ihrer eigenen Proteine zu konzentrieren scheinen – zwei wesentliche Funktionen, um das Mitochondrium sowie das Neuron am Leben und funktionsfähig zu halten. Die Mitochondrien in den Axonen scheinen dagegen eine spezialisiertere Rolle im lokalen Stoffwechsel zu spielen, vielleicht bei Funktionen, die mit der Weiterleitung von Signalen in Nervenzellen zusammenhängen. Dies deutet darauf hin, dass sich Neuronen so entwickelt haben, dass sie verschiedene Arten von Mitochondrien nutzen, um ihre Funktion aufrechtzuerhalten, auch über große Entfernungen hinweg.
Die Ergebnisse der Forschungsgruppe, welche in Kürze veröffentlicht werden, geben neue Einblicke in die Art und Weise, wie sich Mitochondrien an die Anforderungen der verschiedenen Teile eines Neurons anpassen. Diese Forschung ist wichtig, weil sie hilft zu verstehen, warum einige Mitochondrien – und die Neuronen, die von ihnen abhängen – anfälliger für Krankheiten sind. Wenn bestimmte Subpopulationen von Mitochondrien anfälliger für Schäden sind, könnte dies erklären, warum bestimmte Teile von Nervenzellen besonders anfällig für neurodegenerative Prozesse sind. Wenn die Wissenschaftler diese Prozesse besser verstehen, können sie möglicherweise neue Ansätze entwickeln, um die Nervenzellen vor Degeneration zu schützen.
Autor dieses Beitrags: Adrían Martí Pastor
