Mitochondrien sind Bestandteile einer Zelle, die vielfältige Funktionen haben. Sie wandeln Nährstoffe in Energie um und werden daher oft als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Außerdem sind sie an der Steuerung des programmierten Zelltods beteiligt, der stattfindet, wenn eine Zelle nicht mehr gebraucht oder sogar gefährlich für den Körper wird. Mitochondrien besitzen eine eigene Erbsubstanz, die so genannte mitochondriale DNA (mtDNA). Im Verlauf des Alterungsprozesses verändert sich die mitochondriale DNA, so dass es zu ausgeprägten Störungen der mitochondrialen Funktion und der Zellfunktion in unterschiedlichen Organen kommen kann. Dabei sind die Zellen mit gestörter mitochondrialer Funktion zufällig zwischen vielen normalen Zellen verteilt.
Bisher war unklar, ob die wenigen Zellen mit beschädigten Mitochondrien für altersbedingte Störungen von Geweben und Organen mit verantwortlich sind. Nun hat ein Team um die Kölner Wissenschaftler Olivier Baris und Rudolf Wiesner Störungen der Mitochondrien in Zusammenhang mit Herzrhythmusstörungen untersucht. Dazu verwendeten die Forscher Mäuse, bei denen ausschließlich im Herzen ein mutiertes mitochondriales Protein gebildet wird.
Die Forscher entschieden sich, zunächst Zellen am Herzen zu untersuchen, weil dieses Organ besonders stark von der mitochondrialen Energieproduktion abhängt. „Vor allem die Häufigkeit von Herz-Rhythmusstörungen (Arrhythmien) steigt im Alter drastisch an und trägt entscheidend zur Morbidität und Mortalität in der älteren Bevölkerung bei“, erläutert Baris.
Mutation führt zu typischen Herz-Rhythmusstörungen
Das mutierte Protein im Mausherzen führte tatsächlich zu einer Anhäufung beschädigter mitochondrialer DNA. Weiterhin zeigte die Analyse von Langzeit-Elektrokardiogrammen bei 18 Monate alten Mäusen typische Herz-Rhythmusstörungen, wie sie bei älteren Menschen beschrieben wurden. So kam es zu spontanen vorzeitigen Kontraktionen und Blockaden der elektrischen Erregungsausbreitung am Herzen, die sich unter Stress noch verstärken. Bei 12 Monate alten Mäusen mit dreimal weniger Zellen mit mitochondrialer Dysfunktion wurde dagegen kein erhöhtes Auftreten von Arrythmien beobachtet.
Die Ergebnisse könnten in Zukunft neue therapeutische Ansätze ermöglichen. „Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass der Anteil von Herzzellen mit eingeschränkter mitochondrialer Funktion einen Schwellenwert überschreiten muss, um zur Funktionsstörung des Organs zu führen“, erläutert Baris. „Ein wesentliches Ergebnis war, dass keine anderen Zeichen kardialer Dysfunktion – wie etwa erhöhte Vernarbung, Vergrößerung der Herzen oder erniedrigte Pumpleistung – in den mutierten Herzen beobachtet werden konnte. Wir konnten also zeigen, dass die typischerweise im alternden menschlichen Herzen auftretende Neigung zu Rhythmusstörungen von der zufällig auftretenden Anhäufung von beschädigten Mitochondrien in wenigen einzelnen Zellen hervorgerufen werden könnte.“
Weitere Forschungsarbeiten sind notwendig, um zu verstehen, wie die veränderte mitochondriale Funktion in einigen wenigen Herzzellen die Funktion des ganzen Organs beeinträchtigt. Die Wissenschaftler erwarten, dass sich daraus neue pharmakologische Behandlungsstrategien für diese Störung der elektrischen Erregungsausbreitung im Herzen ableiten lassen.
Quelle:
- Cell Metabolism. Baris, O. et al. (2015). Mosaic Deficiency in Mitochondrial Oxidative Metabolism Promotes Cardiac Arrhythmia during Aging. Band 21 (5), 5. Mai 2015
