Gerontologie+ Geriatrie - SGG-SSG

Abstracts
0540
Mitochondria and the energetics of genome complexity
W. Martin
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Molekulare Evolution,
Düsseldorf, Deutschland
Eukaryotic cell arose from prokaryotes just once in four billion years,
and otherwise prokaryotes show no tendency to evolve greater complexity.
Why not? Prokaryotic genome size is constrained by bioenergetics.
The endosymbiosis that gave rise to mitochondria restructured
the distribution of DNA in relation to bioenergetic membranes, permitting
a remarkable 200,000-fold expansion in the number of genes
expressed. This vast leap in genomic capacity was strictly dependent
on mitochondrial power, and prerequisite to eukaryote complexity:
the key innovation en route to multicellular life.
0520
Emerging connections between the evolution of mitochondria and
the aging process
A. Kowald
Humboldt-Universität, Berlin, Deutschland
The mitochondrial theory of aging is currently the most popular idea
about the underlying mechanism of the aging process and is centered
on the accumulation of mitochondrial mutants with time. During recent
years it also became apparent that mitochondria display a complex
dynamical behavior of fission and fusion, the function of which is as
yet unknown. Considering the evolutionary roots of mitochondria we
present a new explanation for fission and fusion and discuss emerging
connections to the aging process. Based on only a few general assumptions
the new idea can explain:
– the existence and high frequency of mitochondrial fissions and fusions,
– why mtDNA has to be located at the place of the highest ROS production,
– why mtDNA molecules are organized in nucleoids,
– why animal mtDNA only codes for membrane proteins,
– why animal mtDNA has such a small size,
– why plant mtDNA is slightly different in size and structure.
0562
The role of mtDNA mutations in ageing (?)
A. Trifunovic
CECAD Cologne – Excellent in Aging Research at the Institute for Genetics,
Cologne, Deutschland
Although mitochondria have long been anticipated as a perpetrator
of aging, there was little experimental evidence to link these changes
directly with the cellular pathology of aging. MtDNA mutator mouse
was the first model showing that collective amount of somatic mtD-
NA mutation could cause ageing in experimental animals. Before this
mtDNA mutations and especially random mtDNA point mutations
were seen more as a consequence than the driving force of ageing.
The mtDNA mutator mice have high levels of point mutations and
linear deletions of mtDNA causing a progressive respiratory chain
dysfunction and a premature ageing phenotype. High levels of apoptotic
cells were detected in both proliferating and postmitotic tissues
in mtDNA mutator mice. Proposed loss of vital cells in which mtDNA
mutations have accumulated beyond a critical threshold could also be
consequence of the disruption of stem cell pools. Mitochondrial DNA
damage is believed to lead to increased ROS production. Surprisingly,
we showed that increased levels of mtDNA mutations were not
associated with increased oxidative stress in mtDNA mutator mice.
In agreement with this, we now show that mtDNA mutator produce
significantly less net ROS than WT mitochondria, when energized by
an optimal mixture of substrates that allow maximal oxidative capacity.
This argues against a direct role of oxidative stress in the ageing
process. Although ROS production is lower in the mtDNA mutator
mice, the lack of sufficient ability to protect against oxidation may allow
existing ROS to still cause a great harm. Increase stress conditions
in conjunction with the cells inability to produce enough ATP might
very well conspire to overwhelm the capacity of the mtDNA mutator
mice to maintain their tissue homeostasis, leading to the observed
premature aging phenotypes. Therefore, the role of oxidative stress in
development of premature ageing phenotypes still cannot be lightly
dismissed.
0516
Reprogrammierung von Mitochondrien
*A. Stolzing, L. Rohanie, Y. Naaldjik
Fraunhofer Institut für Zelltherapie und Immologie, Zelltherapie, Leipzig,
Deutschland
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) sind ein gutes Modell, um
die Rolle der Mitochondrien während der Entwicklung und der Alterung
zu studieren. Während der Reprogrammierung von somatischen
Zellen zurück zu pluripotenten Stammzellen verändern sich die
Mitochondrien extrem. Sie ähneln (verhalten sich wie) Mitochondrien
in der frühen embryonalen Entwicklung, enthalten aber die mitochondriale
DNA der somatischen Ausgangszelle und deren durch
die Alterung akkumulierten Mutationen.
Die meisten Studien zur Reprogrammierung fokussieren sich auf
die Frage, wie man qualitativ hochwertige reprogrammierte iPS bekommt,
die sich gut differenzieren lassen. Was bisher nur wenig
untersucht wird, ist, ob es in Genen, die einen Bezug zum Alterungsprozess,
haben, nach der Reprogrammierung noch Reste von Methylierungen
gibt, z. B. für Gene, welche die mitochondrialen Proteine
kodieren. Es wurde in einigen Arbeiten gezeigt, das die iPS frühzeitig
altern, wenn sie differenziert werden und dies mag aufgrund der alten
Mitochondrien sein, die in diesen iPS enthalten sind. Wir konnten
in unseren mRNA reprogrammierten iPS zeigen, das sich die Mitochondrienmorphologie
stark verändert nach der Reprogrammierung
und es zu einer erneuten Änderung nach der Differenzierung kam.
Sie wurden kleiner und zeigten eine eher globuläre Form, die sich
wieder zurück zur tubulären Form wandelte, nachdem wir die iPS
ausdifferenziert hatten. Das Membranpotential war in den iPS erhöht
gegenüber den Spenderzellen, aber zwischen Spenderzellen und iPSabgeleiteten
Fibroblasten gleich. Es zeigte sich also keine frühzeitige
Alterung der iPS in Bezug auf die Mitochondrien. Die Genexpressions-Analyse
zeigte, dass es einige Reste in altersspezifischen Genen
gab und auch in Genen die mitochondriale Proteine kodieren. Es ist
noch abzuwarte,n ob dies für alle generierten iPS-Linien zeigt, oder
ob es sich um unvollständige reprogrammierungen handelt.
Exzellenzsymposium Sektion II und DGG
Herzinsuffizienz – besondere diagnostische und therapeutische
Herausforderungen
W. Fehske 1 , E. Erdmann 2
1
St. Vinzenz-Hospital Köln, Klinik für Kardiologie, Köln, Deutschland,
2
Universität zu Köln, Herzzentrum, Köln, Deutschland
Im Alter bleiben die zu einer Herzinsuffizienz führenden Erkrankungen
zwar grundsätzlich gleich, es verschieben sich jedoch zum einen
die jeweiligen Anteile der Erkrankungsgruppen, zum anderen bestehen
neben der zunehmenden nichtkardialen Komorbidität häufig
8 | Zeitschrift für Gerontologie und Geriatrie · Supplement 1 · 2012