Ärzte Zeitung online, 24.03.2010

Verjüngung der Mitochondrien durch Reprogrammierung

BERLIN (eb). Wenn erwachsene Zellen in Stammzellen verwandelt und so verjüngt werden, beeinflusst das auch die Mitochondrien. Forscher konnten nachweisen, dass sich die Mitochondrien ebenfalls verjüngen und sogar ihre äußere Form verändern.

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Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Mitochondrien. Im Vergleich zu erwachsenen Bindewebszellen (Abb. inks) sind die Mitochondrien von embryonalen Stammzellen und iPS-Zellen deutlich abgerundet. © MPI für molekulare Genetik

Durch die Verwendung von menschlichen Stammzellen hoffen Ärzte, künftig verletzte oder kranke Organe heilen oder ersetzen zu können. Die Gewinnung embryonaler Stammzellen aus menschlichen Embryonen ist jedoch ethisch bedenklich.

Große Erwartungen knüpfen sich daher an die Verwendung "induzierter pluripotenter Stammzellen" (iPS-Zellen). Dies sind erwachsene Körperzellen, in denen bestimmte "schlafende" Gene wieder aktiviert werden. Die Zellen verwandeln sich erneut in Stammzellen und bekommen die Fähigkeit zurück, sich zu anderen Geweben beziehungsweise Zellarten zu spezialisieren. Bislang ist jedoch noch unklar, ob auch die biochemischen Abläufe im Inneren der iPS-Zellen den embryonalen Stammzellen entsprechen, oder ob es sich bei ihnen tatsächlich um alte Zellen handelt.

Jede Zelle enthält eine Reihe eigenständiger kleiner Zellorgane (Organellen). Im Unterschied zu allen anderen Organellen besitzen die Mitochondrien jedoch eine eigene, von dem zellulären Erbgut unabhängige DNA und stellen damit einen Mikrokosmos innerhalb der Zelle dar. Bei der Reprogrammierung wird jedoch nur das zelluläre Erbgut beeinflusst, die Mitochondrien-DNA ist von den Änderungen nicht betroffen.

"Vor einer möglichen klinischen Verwendung von iPS-Zellen müssen wir wissen, ob und wie sich die Mitochondrien der iPS-Zellen von den Mitochondrien embryonaler Stammzellen unterscheiden", so James Adjaye, Leiter der Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik. Die Forscher stellten daher iPS-Zellen her und verglichen ihre Mitochondrien mit denen embryonaler Stammzellen (Stem Cells 2010, online vorab). "Wir konnten zum ersten Mal beweisen, dass iPS Zellen und embryonale Stammzellen ähnliche Mitochondrien aufweisen", so Adjaye. "Die Organellen haben vergleichbare Eigenschaften und verhalten sich ähnlich. Interessanterweise ändert sich durch den Reprogrammierungsprozess sogar das Aussehen der Mitochondrien. Die in den erwachsenen Zellen länglichen Organellen werden rundlich, wie die Mitochondrien in jungen Embryonalzellen."

Die Arbeit zeigt erstmalig, dass bereits erwachsene Mitochondrien durch den Reprogrammierungsprozess verjüngt werden und daraufhin den Mitochondrien embryonaler Stammzellen ähneln. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Erkenntnisse wertvolle Impulse vor allem für die Entwicklung neuer Therapieformen gegen Krebs und neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimen geben werden.

Zum Abstract der Originalpublikation: "The Senescence-Related Mitochondrial / Oxidative Stress Pathway is Repressed in Human Induced Pluripotent Stem Cells"

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