Mitochondrien fungieren als Sensoren für das essentielle Eisenmolekül, wie eine Studie zeigt

Mitochondrien dienen als Sensoren für die lebenswichtige Eisenverbindung Häm, so eine bahnbrechende Studie, die in Nature veröffentlicht wurde. Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München unter der Leitung von Professor Lucas Jae haben einen langjährigen Mechanismus entdeckt, durch den Mitochondrien Veränderungen im Hämspiegel erkennen und darauf reagieren. Diese Entdeckung unterstreicht die zentrale Rolle der Mitochondrien bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und der Anpassung an die Umweltbedingungen. Die Studie zeigt, dass Mitochondrien, von denen angenommen wird, dass sie aus bakteriellen Vorfahren stammen, seit über 700 Millionen Jahren den Hämspiegel überwachen.

Häm, eine Form von Eisen, die für den Sauerstofftransport und verschiedene zelluläre Funktionen unerlässlich ist, kann schädlich werden, wenn es im Übermaß vorhanden ist. Um Toxizität zu verhindern, müssen Zellen den Hämspiegel präzise regulieren. Das Forscherteam fand heraus, dass Mitochondrien einen molekularen Schalter aktivieren, der als HRI bekannt ist, wenn Häm knapp ist. Diese Aktivierung reduziert die Proteinsynthese und hilft, das Gleichgewicht innerhalb der Zelle zu halten. Wenn der Hämspiegel sinkt, wird ein mitochondrielles Protein namens DELE1 in das Zytoplasma freigesetzt. Es interagiert mit dem HRI-Schalter, der normalerweise aufgrund seiner Bindung an Häm untätig bleibt. Indem Häm von HRI verdrängt wird, aktiviert DELE1 den Schalter und begrenzt so die Proteinproduktion.

Dieser Prozess ist besonders entscheidend während der Entwicklung von roten Blutkörperchen, wo er die Überproduktion von Globin verhindert, einem Proteinpartner von Häm in Hämoglobin. Übermäßiges Globin ohne ausreichend Häm könnte zu Zellschäden führen. Die Ergebnisse zeigen, dass dieses Regulierungssystem in allen untersuchten menschlichen Geweben funktioniert und tiefe evolutionäre Ursprünge hat. Die Forscher haben seine Anwesenheit auf einfache Organismen wie Hydra vulgaris zurückgeführt, was darauf hindeutet, dass die Fähigkeit, auf Hämspiegel zu reagieren und zu reagieren, ein grundlegendes Merkmal des Lebens ist. Diese Konsistenz zwischen den Arten unterstreicht die Bedeutung der Hämregulierung bei der Aufrechterhaltung der Zellfunktion und des Überlebens.

In der Studie wird auch eine spätere Anpassung festgestellt: die Fähigkeit von Häm, den HRI-Schalter zu hemmen. Dies könnte die Hämoglobinproduktion bei der Entwicklung von roten Blutkörperchen verbessern, insbesondere wenn die mitochondriale Aktivität hoch und Häm reichlich vorhanden ist. Dr. Max-Hinderk Schuler, einer der Co-Erstautoren der Studie, schlägt vor, dass das Verständnis dieses Mechanismus neue Wege für die Behandlung von globinbezogenen Störungen und die Weiterentwicklung der Forschung zur Hämbiologie bieten könnte, insbesondere im Zusammenhang mit Krankheiten wie Malaria.

Sie schlagen vor, dass die Integration dieser Funktionen, Produktion, Empfindung und Reaktion effizientere Stoffwechselanpassungen ermöglichen könnte. Darüber hinaus heben sie das Potenzial zur selektiven Manipulation dieses Pfades hervor, was zu therapeutischen Anwendungen in verschiedenen medizinischen Bereichen führen könnte. Die Studie mit dem Titel "Ein altes Mitochondrienprogramm stemmt die Übersetzung auf die Hämmverfügbarkeit" wurde von Xiang Zhang und Kollegen durchgeführt. Ihre Arbeit trägt zu einem wachsenden Wissensbestand über die mitochondriale Funktion und ihre Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit bei.