Mitochondrien sind in unseren Körperzellen für die Zellatmung zuständig und gelten daher als die Kraftwerke der Zellen. Neuere Forschungen legen jedoch nahe, dass ihre Funktion über die Bereitstellung von Energie hinausgeht: So sind sie unter anderem an der Regulation des programmierten Zelltods beteiligt und können überdies die anderen Bestandteile der Zelle mit Hilfe verschiedener Signalwege über ihren eigenen Zustand informieren. Zudem mehren sich die Hinweise, dass sie auch Prozesse des Immunsystems beeinflussen.
Effiziente Regulierung
„Die Mechanismen, wie Mitochondrien die Signaltransduktion beeinflussen, waren bislang jedoch nur unzureichend bekannt“, berichtet ein Team um Zhixiao Wu von der Ruhr-Universität Bochum. Um genauer herauszufinden, welche Rolle die Mitochondrien für unser Immunsystem spielen, analysierten die Forscher an Zelllinien von Menschen und Mäusen, wie die Mitochondrien und damit assoziierte Proteine auf wichtige Signalwege einwirken. Dabei stellten sie fest, dass die Kraftwerke der Zelle daran beteiligt sind, den sogenannten NF-κB-Signalweg zu regulieren. NF-κB ist ein Transkriptionsfaktor, der in unserem Körper die Expression zahlreicher verschiedener Gene reguliert. Im zentralen Nervensystem ist er unter anderem an der synaptischen Plastizität beteiligt. Zudem ist dieser Signalweg ein wichtiger Bestandteil unseres angeborenen Immunsystems.
„Je nach auslösendem Stimulus und Zelltyp werden durch NF-κB die Zellen vor dem Zelltod geschützt und vermehrt solche Proteine hergestellt, die zur Eliminierung von Bakterien und Viren beitragen“, erklärt Wus Kollegin Konstanze Winklhofer. Bei länger andauernder Aktivierung kann dieser eigentlich schützende Signalweg allerdings auch chronische Entzündungen hervorrufen. „Daher ist eine effiziente Regulierung dieser Signalprozesse von großer medizinischer Relevanz, um pathologische Prozesse infolge einer ineffizienten oder überschießenden NF-κB-Aktivierung zu vermeiden“, so Winklhofer.
Mobil mit großer Oberfläche
Aktiviert wird der NF-κB-Signalweg unter anderem durch den Signalstoff TNF. Wu und ihr Team gaben diesen Signalstoff zu den Zellkulturen hinzu und isolierten wenige Minuten später die Mitochondrien. Dabei stellten sie fest, dass sich an der Membran der Mitochondrien in Folge der Behandlung ein Signalkomplex gebildet hatte, der für die Aktivierung von NF-κB wichtig ist. Stabilisiert wurde dieser unter anderem durch das mitochondriale Protein PINK1. „Aufgrund der großen Oberfläche von Mitochondrien wird dadurch das Signal verstärkt“, erklärt Winklhofer. „Darüber hinaus haben Mitochondrien eine weitere Eigenschaft, die sie als Organellen für Signalweiterleitung prädestiniert: Sie sind mobil und können an Motorproteine in der Zelle andocken.“
