Ruhr-Universität Bochum am 17.11.2022
Mitochondrien sind besser bekannt als die Kraftwerke der Zellen. Diese Zellorganellen sind aber nicht nur wichtig für die Energieversorgung: Prof. DR. Konstanze Winklhofer von der Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum konnte zeigen, dass Mitochondrien auch bei der Übertragung von Signalprozessen im angeborenen Immunsystem eine wichtige Rolle spielen. Sie regulieren einen Signalweg, der zur Eliminierung von Krankheitserregern führt, aber bei zu langer Aktivierung Schäden durch chronische Entzündungen verursachen können. Das Forschungsteam berichtet in der Zeitschrift EMBO vom 17. November 2022.
Schutz vor Bakterien und Viren
Verian Bader, Konstanze Winklhofer und Zhixiao Wu (von links) arbeiteten gemeinsam an der Studie. © RUB, Marquard
Einige Botenstoffe, aber auch sogenannte intrazelluläre Krankheitserreger wie Viren und manche Bakterien aktivieren den Transkriptionsfaktor NF-κB. Es reguliert die Expression mehrerer Gene. „Je nach auslösendem Reiz und Zelltyp werden die Zellen vor dem Zelltod geschützt und mehr Proteine produziert, die zur Eliminierung von Bakterien und Viren beitragen“, erklärt Konstanze Winklhofer. Eine übermäßige und anhaltende Aktivierung dieses eigentlich schützenden Signalweges kann jedoch zu chronischen Entzündungen führen. „Daher ist die effiziente Regulation dieser Signalprozesse von großer medizinischer Relevanz, um pathologischen Prozessen vorzubeugen, die aus einer ineffizienten oder übermäßigen NF-κB-Aktivierung resultieren.“
Zwei Vorteile von Mitochondrien: Sie sind mobil und haben eine große Oberfläche
Die aktuelle Studie zeigt erstmals, dass Mitochondrien an der Regulation des NF-κB-Signalwegs beteiligt sind. Wenige Minuten nach der Aktivierung dieses Signalwegs bildet sich an der äußeren Mitochondrienmembran ein Signalkomplex, der NF-κB aktiviert. „Durch die große Oberfläche der Mitochondrien wird das Signal verstärkt“, erklärt Konstanze Winklhofer. „Außerdem haben Mitochondrien noch eine weitere Eigenschaft, die sie als Organellen für die Signalübertragung prädestiniert: Sie sind mobil und können an Motorproteine in der Zelle koppeln.“ Zellkern und erleichtern so die Aufnahme in den Zellkern.
Mitochondrien sind jedoch nicht nur an der effizienten Aktivierung des NF-κB-Signalwegs beteiligt; sie tragen auch zum Quenchen und damit zur Signalregulation bei. Dafür sorgt ein Enzym in der äußeren Membran der Mitochondrien. Es macht eine Veränderung bestimmter Proteine rückgängig, die für die Aktivierung erforderlich ist.
Warum Parkinson-Patienten anfälliger für manche Infektionen sind
An der mitochondrialen Regulation des NF-κB-Signalwegs sind zwei Gene beteiligt, deren Mutation zur Parkinson-Krankheit führt: PINK1 und Parkin. „Unsere Daten erklären, warum ein Funktionsverlust von PINK1 oder Parkin unter Stressbedingungen zu einem erhöhten Zelltod von Nervenzellen führt“, sagt Konstanze Winklhofer. „Bemerkenswert ist der Befund, dass Parkinson-Patienten mit Mutationen im Parkin-Gen oder PINK1 anfälliger für verschiedene Infektionen sind, die durch intrazelluläre Erreger verursacht werden. Somit trägt unser Wissen auch zu einem besseren Verständnis der Schnittstellen zwischen Nervensystem und Immunsystem bei.“ “
Gesundheitsforschung Gehirn und Nerven