Artikel zur Langlebigkeit

Es wurde festgestellt, dass Insulin die Beseitigung dysfunktionaler Mitochondrien erleichtert

Es wurde festgestellt, dass Insulin die Beseitigung dysfunktionaler Mitochondrien erleichtert
  • Es wurde festgestellt, dass Insulin die Qualitätskontrolle der Mitochondrien in Neuronen reguliert, was Auswirkungen auf die kognitive Gesundheit hat. 

  • Insulin erleichtert die Entfernung defekter Mitochondrien, aber wenn die Insulinsignale unterbrochen werden, wird das mitochondriale Recycling verringert und fehlerhafte Mitochondrien funktionieren weiter, was sich auf Alterung und Krankheiten auswirkt.

Dieser Artikel wurde auf ScienceDaily.com veröffentlicht:

Das Hormon Insulin steuert viele zelluläre Prozesse und passt sie an die aktuelle Energieversorgung des Körpers an. Einer der insulinregulierten Prozesse ist die Qualitätskontrolle zellulärer Kraftwerke in Neuronen, fanden Angelika Harbauer und ihr Team am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz heraus. Wenn im Körper ausreichend Energie vorhanden ist, erleichtert Insulin die Beseitigung defekter Mitochondrien. Wenn die Energie knapp ist oder das Insulinsignal unterbrochen ist, wird das mitochondriale Recycling reduziert und die Zellen nutzen weiterhin ihre alten Kraftwerke, auch möglicherweise beschädigte. Der fortgesetzte Betrieb fehlerhafter Mitochondrien könnte Alterungsprozesse und neurologische Erkrankungen beeinträchtigen.

Nervenzellen stellen besondere Ansprüche an ihre Energieversorgung. Aufgrund ihrer ausgedehnten Verzweigung und ihres hohen Energiebedarfs haben sie ein wachsames Auge auf ihre Zellkraftwerke, die Mitochondrien. Die Zellen müssen dafür sorgen, dass in ihren langen Ausläufern, den Axonen, immer genügend Mitochondrien zur Verfügung stehen, wo die Kraftwerke die Kommunikation der Zelle mit ihren Nachbarzellen antreiben. Deshalb transportieren Neuronen Mitochondrien auch an die entlegensten Orte der Zelle.

Angelika Harbauers frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass Mitochondrien auf ihrer Reise durch das Neuron die Baupläne des PINK1-Proteins mit sich führen. „PINK1 ist ein Schlüsselprotein, das dann eingreift, wenn Mitochondrien entfernt werden müssen, weil sie nicht mehr richtig funktionieren“, erklärt der Max-Planck-Forschungsgruppenleiter. „Es kann Mitochondrien für das Recycling markieren und wird von den Zellen präzise gesteuert.“ Gelingt es PINK1 nicht in Schach zu halten, könnte es zu einem Mangel an Mitochondrien kommen, wohingegen der Weiterbetrieb defekter Zellkraftwerke eine Zelle schädigen kann.

Ein Hormon mit vielen Rollen

Angelika Harbauer und ihr Team haben nun herausgefunden, dass das Hormon Insulin an der mitochondrialen Qualitätskontrolle in Neuronen beteiligt ist. Insulin ist bekannt für seine Rolle bei der Regulierung der Zuckeraufnahme einer Zelle. Darüber hinaus steuert es viele Prozesse innerhalb der Zellen, um diese präzise an die aktuelle Energieversorgung des Körpers anzupassen.

Beim mitochondrialen Recycling funktioniert das wie folgt: Steht ausreichend Energie zur Verfügung, wird ein Signal vom Insulinrezeptor auf der Zelloberfläche an die Mitochondrien weitergeleitet. Hier werden PINK1-Baupläne als mRNA-Moleküle gespeichert. Wenn das Insulinsignal eintrifft, werden die Baupläne von den Mitochondrien freigesetzt und die Zelle kann zusätzliches PINK1-Protein produzieren. Dadurch wird sichergestellt, dass defekte Mitochondrien effizient beseitigt werden. Bei Energiemangel oder fehlendem Insulinrezeptorsignal bleiben die Baupläne für PINK1 fest an die Mitochondrien gebunden.

Einerseits ermöglicht die enge Bindung an die Mitochondrien, dass die Baupläne von PINK1 per Anhalter weit in die langen Ausläufer der Nervenzellen vordringen. Andererseits verringert es die Verfügbarkeit von mRNA-Molekülen für die PINK1-Produktion. Der PINK1-Proteinspiegel bleibt niedrig und das mitochondriale Recycling wird reduziert – auch wenn dies zum Weiterbetrieb beschädigter Kraftwerke führen kann.

„Wir hatten erwartet, dass die Bindung der mRNA an die Mitochondrien die PINK1-Produktion fördern würde“, sagt Tabitha Hees, Erstautorin der Studie. „Überraschenderweise haben unsere Experimente gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. Bei niedrigem Energieniveau ist es offenbar günstiger für die Zellen, weniger PINK1-Protein zu produzieren und potenziell geschädigte Mitochondrien weiter zu nutzen.“

Unterbrochene Signalübertragung mit Auswirkungen auf Gesundheit und Alterung

Eine ähnliche Situation kann auftreten, wenn die Signalübertragung vom Insulinrezeptor zu den Mitochondrien krankheitsbedingt gestört ist. Es ist bekannt, dass eine ineffiziente mitochondriale Qualitätskontrolle zu verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen beitragen kann. „Unsere Beobachtungen tragen zu unserem Verständnis darüber bei, wie zelluläre Energieversorgung, Alterung und neurodegenerative Erkrankungen zusammenhängen“, sagt Angelika Harbauer.

Als nächstes wollen die Forscher untersuchen, was mit den PINK1-Bauplänen passiert, wenn sie aus den Mitochondrien in die Zelle freigesetzt werden. „Uns interessiert insbesondere, wo das PINK1-Protein entsteht, wenn nicht in den Mitochondrien, und wie es anschließend seinen Weg zurück in die Mitochondrien findet“, sagt Tabitha Hees. Erst wenn diese beiden Schritte erledigt sind, leitet PINK1 das Recycling defekter Kraftwerke ein, um zu verhindern, dass diese die Nervenzelle schädigen.

Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Max-Planck-Gesellschaft. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz:

  1. J. Tabitha Hees, Simone Wanderoy, Jana Lindner, Marlena Helms, Hariharan Murali Mahadevan, Angelika B. Harbauer. Die Insulinsignalisierung reguliert die Pink1-mRNA-Lokalisierung durch Modulation der AMPK-Aktivität, um die PINK1-Funktion in Neuronen zu unterstützen. Naturstoffwechsel, 2024; DOI: 10.1038/s42255-024-01007-w


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