Mitochondrien – mehr als nur die Kraftwerke unserer Zellen

Mitochondrien sind lebenswichtige Organellen, die unseren Körper mit Energie versorgen – doch sie spielen für unsere Gesundheit eine noch größere Rolle als bisher gedacht.

Mitochondrien – unterschätzte Organellen

Unser Körper muss laufend mit Energie versorgt werden, um zu funktionieren. Über unsere Ernährung nehmen wir Energieträger in Form von Kohlenhydraten, Fett und Eiweiß auf. Diese werden in den Mitochondrien in die für den Körper nutzbare Energiewährung Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt. Je größer der Energiebedarf eines Organs, desto mehr Mitochondrien finden sich in seinen Zellen. Zusätzlich spielen sie eine zentrale Rolle im programmierten Zelltod, der Apoptose. Neuste Forschungsergebnisse zufolge sind unsere Mitochondrien weit mehr als die starren Kraftwerke innerhalb unserer Zellen, für die man sie lange Zeit hielt. Das Spektrum ihrer Funktion wurde um beispielsweise einige immunmodulatorische Aspekte erweitert. Diese lebenswichtigen Organellen wurde also lange Zeit sogar unterschätzt. Im Folgenden sind einige neue Erkenntnisse für Sie zusammengefasst.

Wussten Sie, dass…

…Mitochondrien dynamische Organellen sind, die einem ständigen Zyklus aus Fusion und Fission unterliegen, um sich den Energiebedürfnissen der Zelle anzupassen? Ein höherer Anteil an fusionierten Mitochondrien lieferte mehr Energie. Defekte Mitochondrien werden durch Fission aus dem Mitochondrialen Netzwerk abgeschnürt und über die so genannte Mitophagie, den gezielten lysosomalen Verdau von Mitochondrien, entfernt ¹.

…Mitochondrien zwischen Zellen ausgetauscht werden können, um die Energieproduktion in Zellen mit geschädigten Mitochondrien aufrecht zu erhalten? Der Transfer erfolgt entweder vesikel-basiert oder z. B. über sogenannte Nanotubes (Ausstülpungen der Zelle). Der Transfer dieser Mitochondrien zwischen Zellen kann außerdem die Stammzelldifferenzierung auslösen. Sie dienen also nicht nur der Energiegewinnung, sondern auch als Signalgeber ².

…es erste Ansätze für eine Mitochondrien-Transplantation gibt? Dabei werden dem Patienten seine eigenen Mitochondrien beispielsweise in eine Infarktstelle gespritzt, um die energieintensive Regeneration des Gewebes zu beschleunigen bzw. das umliegende Gewebe zu schützen ³.

…Mitochondrien, die sich in der extrazellulären Matrix befinden, als Immunmodulatoren wirken? Bestimmte mitochondriale Oberflächenproteine werden als sogenannte DAMPs (danger associated molecular patterns) erkannt, die das Immunsystem in Alarmbereitschaft versetzen. Dazu gehört auch freie mitochondriale DNA (mtDNA), die das Inflammasom aktiviert und mit entzündlichen Krankheiten wie Arthritis oder einem systemischen Lupus erythematodes in Verbindung gebracht wird ².

…Mitochondrien auch einen pro-inflammatorischen Charakter haben können? Um Viren und Bakterien abzuwehren, können einzelne Mitochondrien vermehrt reaktive Sauerstoffspezies bilden, die den Pathogenen schaden⁴.

…sich in einem Milliliter unseres Blutes bis zu 3,7 Millionen intakte, funktionsfähige Mitochondrien befinden? Ihre genaue Bedeutung ist noch Gegenstand aktueller Forschung, sie scheinen jedoch eine Rolle in der Zell-Zell-Kommunikation, der Immunantwort bzw. Entzündungsreaktion zu spielen ⁵.

…Krebszellen in der Lage sind, Mitochondrien aus Immunzellen für ihre eigene Energieproduktion zu nutzen? Dafür bilden sie Nanotubes aus, mit denen sie in Kontakt mit den Immunzellen treten und die Mitochondrien „stehlen“. Die Immunzelle wird geschwächt, während die Krebszelle profitiert. Diese experimentellen Ergebnisse könnten auch neue Ansatzpunkte für die Krebstherapie bieten ⁶.

Literatur
1. Breda CNdS, Davanzo GG, Basso PJ, Saraiva Câmara NO, Moraes-Vieira PMM. Mitochondria as central hub of the immune system. Redox Biol 2019;26:101255.
2. Torralba D, Baixauli F, Sánchez-Madrid F. Mitochondria Know No Boundaries: Mechanisms and Functions of Intercellular Mitochondrial Transfer. Front Cell Dev Biol 2016;4:107.
3. Hayakawa K, Bruzzese M, Chou SH-Y, Ning M, Ji X, Lo EH. Extracellular Mitochondria for Therapy and Diagnosis in Acute Central Nervous System Injury. JAMA Neurol 2018;75:119-122.
4. Naviaux RK. Antipurinergic therapy for autism-An in-depth review. Mitochondrion 2018;43:1-15.
5. Al Amir Dache Z, Otandault A, Tanos R, Pastor B, Meddeb R, Sanchez C, et al. Blood contains circulating cell-free respiratory competent mitochondria. FASEB J 2020;34:3616-3630.
6. Saha T, Dash C, Jayabalan R, Khiste S, Kulkarni A, Kurmi K, et al. Intercellular nanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells. Nat Nanotechnol 2021.