Zellkontrolle der Mitochondrien entschlüsselt

Das Netzwerk der Mitochondrien zieht sich schnurartig durch die gesamte menschliche Zelle (in grün und rot mit Fluoreszenzproteinen markiert). Der Zellkern ist blau angefärbt. © Pablo Sánchez-Martín/Universität Freiburg.

Das Netzwerk der Mitochondrien zieht sich schnurartig durch die gesamte menschliche Zelle (in grün und rot mit Fluoreszenzproteinen markiert). Der Zellkern ist blau angefärbt. © Pablo Sánchez-Martín/Universität Freiburg.

 

Fehler in den Stoffwechselvorgängen der Mitochondrien sind verantwortlich für eine Vielzahl von Erkrankungen wie etwa Morbus Parkinson oder Alzheimer. Der Import der Bauelemente für den komplexen biochemischen Apparat in diesen Zellbereichen spielt dabei eine große Rolle. Der TOM-Komplex (translocase of the outer mitochondrial membrane) gilt als Tor zum Mitochondrium. In Zusammenarbeit mit Forschenden der Universität Göttingen, Dortmund und Fribourg/Schweiz konnte die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Chris Meisinger am Institut für Biochemie und Molekularbiologie der Universität Freiburg nun in menschlichen Zellen zeigen, wie Signalmoleküle dieses Tor steuern. 

Bislang wurde angenommen, dass es sich beim TOM-Komplex um ein starres Gebilde in der Mitochondrienmembran handelt. Allerdings konnten vor kurzem Meisinger und sein Team Signalmechanismen in Bäckerhefe nachweisen, die nach dem Stoffwechselzustand der Zelle oder bei plötzlichen Stress die Untereinheiten des TOM-Komplexes verändern. Dadurch ist die Zelle in der Lage den Einstrom der Vorstufenproteine für die Bauelemente des Stoffwechsels gezielt zu steuern und die Funktion an ein verändertes Zellgeschehen anzupassen. 

Nun konnten die Forschenden mithilfe zellbiologischer und bioinformatischer Methoden einen solchen Signalmechanismus, wie sie etwa Proteinkinasen auslösen, auch im Menschen auf die Spur kommen. Über mehrere Jahre suchten sie die Stechnadel im Heuhaufen und wurden fündig: DYRK1A, eine solche Proteinkinase, wirkt am TOM-Komplex. Das Enzym modifiziert die molekulare Maschinerie von TOM und macht es durchlässiger für Enzyme, die für den Stoffwechsel wichtig sind. Die Gruppe entdeckte somit das erste Signalprotein, welches im Menschen direkten Einfluss auf diesen Importvorgang nimmt.

DYRK1A ist bei neurologischen Entwicklungsstörungen wie Autismus, Mikrozepahlie und Down-Syndrom defekt. Die Ergebnisse der Freiburger Forscher können zu einem  besseren Verständnis dieser Erkrankungen und zur Entwicklung von Behandlungsstrategien betragen.