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Donnerstag 21. November 2024
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Mitochondrien: Wie sie reagieren, wenn die Energie knapp wird

Das Forschungsteam rund um Assoz. Prof. Priv.-Doz. Mag. pharm. Dr. rer. nat. Roland Malli vom Lehrstuhl für Molekularbiologie und Biochemie im Gottfried Schatz Forschungszentrum und der Core Facility Bioimaging und Durchflusszytometrie der Med Uni Graz warf einen genauen Blick auf Mitochondrien und fand heraus, was passiert, wenn sie unter Stress stehen.

Mitochondrien brauchen, um ihrer Arbeit korrekt nachgehen zu können, Energie in Form von verschiedenen Nährstoffen. Doch was passiert, wenn der Strom an Nahrung und Energie plötzlich ausfällt? Grazer Forscher:innen, darunter Johannes Pilic, PhD-Student und zurzeit Forscher an der ETH Zürich, haben einen interessanten Mechanismus entdeckt: Das sogenannte Enzym Hexokinase 1 (HK1) legt sich wie ein Ring um das Mitochondrium und schnürt es ein.

Zur Sichtbarmachung biologischer Prozesse nutzten die Forscher:innen sogenannte fluoreszierende Proteine. Ein besonders hell leuchtendes, grün fluoreszierendes Protein (GFP) wurde dabei an die HK1 fusioniert. So war es möglich, die Umverteilung der HK1 während des Energiestresses in lebenden Zellen mithilfe hochauflösender Fluoreszenzmikroskope im Live-Cell-Modus zu beobachten. Das Einschnüren des Mitochondriums hat mehrere Folgen. Erstens: Der HK1-Ring um das Mitochondrium verändert den Stoffwechsel des Organells. Zweitens: An der Stelle der Einschnürung kann es zu einer Spaltung des Mitochondriums kommen, sobald alle nötigen Nährstoffe wieder vollständig vorhanden sind. Außerdem wurde herausgefunden, dass sich diese Ringe hauptsächlich an Stellen formen, an denen das Mitochondrium mit einem anderen Zellorganell, dem endoplasmatischen Reticulum (ER), verbunden ist. "Dies könnte entscheidend sein, um die Energieverteilung bei Zellstress effizient zu steuern und die besondere Situation auch nach außen zu kommunizieren", erklärt Pilic.  

Eine weitere Erkenntnis ist, dass HK1-Ringe die Teilung von Mitochondrien verhindern, solange die Zelle im Energiestressmodus ist. Das Verhindern des Spaltens könnte einen wichtigen Schutzmechanismus bei einer akuten Unterversorgung (zum Beispiel Ischämie bei einem Blutgefäßverschluss) darstellen. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bildung von HK1-Ringen eine Schutzmaßnahme der Zelle ist, um sich vor Schäden während einer Nährstoffknappheit zu schützen", so Roland Malli. Die Erkenntnisse der Forschung könnten langfristig dazu beitragen, neue therapeutische Ansätze zur Behandlung von Erkrankungen zu entwickeln, die durch Energiemangel in Zellen verursacht werden.

Die Studie ist kürzlich im Journal "Molecular Cell" erschienen.

Pilic et al. (2024). Hexokinase 1 forms rings that regulate mitochondrial fission during energy stress. Molecular Cell. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.06.009