Neue Studie enthüllt Schlüsselrolle mitochondrialer Proteine bei der Herzregeneration
Zuletzt überprüft: 14.06.2024
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Mitochondrien spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung der für das ordnungsgemäße Funktionieren der Zellen erforderlichen Energie. In Mitochondrien wird Energie durch die Atmungskette erzeugt, die aus fünf Komplexen namens CI-CV besteht. Diese Komplexe können sich zu Superkomplexen zusammensetzen, aber über die Rolle dieses Prozesses und seine Kontrolle ist wenig bekannt.
Neue Forschungsarbeiten untersuchen die Mechanismen der Superkomplexbildung und zeigen den erheblichen Einfluss mitochondrialer Zusammensetzfaktoren auf die Regeneration des Herzgewebes. Die Studie wurde gemeinsam von Dr. José Antonio Henriques vom Nationalen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (CNIC) und Dr. Nadia Mercader von der Universität Bern in der Schweiz geleitet, die als Gastwissenschaftlerin am CNIC tätig ist.
Eine im Journal Developmental Cell veröffentlichte Studie zeigt, dass Mitglieder der Cox7a-Proteinfamilie eine grundlegende Rolle bei der Bildung von CIV-Dimeren spielen und dass diese Bildung für die ordnungsgemäße Funktion der Mitochondrien und damit für die Produktion von Zellenergie von entscheidender Bedeutung ist.
Die Cox7a-Proteinfamilie umfasst drei Mitglieder: Cox7a1, Cox7a2 und Cox7a2l (auch SCAF1 genannt). Frühere Studien beider Gruppen haben gezeigt, dass CIV, wenn es SCAF1 enthält, stark mit CIII assoziiert ist und einen respiratorischen Superkomplex bildet, der als Respirasom bekannt ist. In diesen früheren Studien stellten die Autoren die Hypothese auf, dass die Aufnahme von Cox7a2 zur Bildung von assoziationsinkompetentem CIV führen würde, während CIV-Moleküle, die Cox7a1 enthalten, sich zu CIV-Homodimeren assoziieren würden. Eine neue Studie zeigt experimentell die Rolle von Cox7a1 bei der Bildung dieser CIV-Homodimere.
Developmental Cell (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012
Bei der Arbeit an einem Zebrafischmodell stellten die Forscher fest, dass das Fehlen von Cox7a1 die Bildung von CIV-Dimeren verhinderte und der Verlust dieser Dimere das Gewicht und die Schwimmfähigkeit der betroffenen Fische beeinträchtigte.
„Cox7a1 wird hauptsächlich in quergestreiften Muskelzellen exprimiert, und es war das Skelettmuskelgewebe, das am stärksten vom Fehlen der Cox7a1-Funktion betroffen war. Der andere Haupttyp quergestreifter Muskeln ist der Herzmuskel oder das Myokard“, erklärte Dr. Enriquez.
Während der Verlust von Cox7a1 im Skelettmuskel schädlich war, verbesserte sein Fehlen im Herzmuskel die regenerative Reaktion des Herzens auf Verletzungen.
„Dieses Ergebnis zeigt, dass diese Proteine eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung der Fähigkeit des Herzens spielen, sich nach einer Verletzung selbst zu reparieren“, erklärte die Erstautorin der Studie, Carolina Garcia-Poyatos.
Um die Funktion von Cox7a1 besser zu verstehen, führten die CNIC-Forscher Enrique Calvo und Jesus Vazquez eine proteomische Studie des Skelettmuskels und des Myokards von Zebrafischen ohne Cox7a1 durch. Diese Analyse wurde durch eine Metabolomikstudie erweitert, die von Kollegen der Universität Bern durchgeführt wurde. Diese gemeinsame Analyse ergab signifikante Unterschiede zu unveränderten Fischen mit intakter Cox7a1-Expression.
„Diese Ergebnisse legen nahe, dass Moleküle, die an der Zusammensetzung mitochondrialer Superkomplexe beteiligt sind, erhebliche Auswirkungen auf die Stoffwechselkontrolle haben können und möglicherweise den Weg für neue Behandlungen von Herzkrankheiten und anderen Stoffwechselerkrankungen ebnen“, sagte Dr. Mercader.
Laut dem Forschungsteam stellt diese Entdeckung „einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der zellulären Mechanismen dar, die an der Herzregeneration beteiligt sind, und könnte den Weg für die Entwicklung von Therapien zur Förderung der Herzregeneration weisen.“
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass mitochondriale Zusammensetzungsfaktoren die Stoffwechselkontrolle erheblich beeinflussen können.