AG Botanik - Fachbereich 5 Biologie - Universität Osnabrück

A
B
C
D
H +
H +
Abbildung 2 zeigt fusionierte Mitochondrien mit teilweiser Mischung von Atmungs-Komplexen.
A) Fusionierte Mitochondrien zeigen eine Art Streifenmuster der Atmungs-Komplex-Verteilung.
B) Komplexe der mitochondrialen Atmungskette.
C) Antikörperfärbung von Atmungskomplexen in fusionierten Mitochondrien in
Elektronen-Mikroskopie-Schnitten.
D) Lokalisation und Mobilität von Komplex II in Mitochondrien.
e +
O 2
H 2O
ADP
H
cyt. c
+ H +
H +
ATP
MATRIX
IMS
2 µm
Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson, wo der
Dysfunktion von Mitochondrien eine zentrale Bedeutung
beizumessen ist.
Seit wenigen Jahren ist bekannt, dass Mitochondrien
dynamisch sind, sich durch die Zelle bewegen,
aufeinander treffen, fusionieren und sich
wieder teilen. Das Verhältnis von Fusion und Teilung
bestimmt ihre Form: Erhöhte Fusion führt zu
langen tubulären mitochondrialen Netzwerken
während ein Anstieg der Teilungsrate, z. B. bei
Stress, kurze, fragmentierte Mitochondrien hervorbringt
(Abb. 1A). Normalerweise besteht ein dynamisches
Gleichgewicht zwischen tubulären und
punktartigen Formen. Diese Dynamik erlaubt nun
auf verschiedenen Ebenen eine erhöhte Flexibilität:
Zum einen ist der Transport von kurzen Mitochondrien
über zelluläre Autobahnen, die Mikrotubuli,
an Stellen hohen Energieverbrauchs möglich,
zum anderen spielt die Dynamik bei der Qualitätskontrolle
eine entscheidende Rolle. Durch die
intramitochondriale ROS-Produktion werden Mitochondrien
selbst geschädigt. Die Fusion (und
Teilung) der Mitochondrien mildert nun die Anhäufung
von Schäden ab, indem sie einen Austausch
von Komponenten ermöglicht (Abb. 1B). Zu
stark geschädigte Mitochondrien können nicht
mehr fusionieren und werden nach Verschmelzen
mit Lysosomen abgebaut und recycled. Im Alter
und bei verschiedenen Krankheiten sind die Dynamik
der Mitochondrien und damit der Austausch
reduziert. Dies führt zu einer Überhandnahme dysfunktionaler
Mitochondrien. Damit ist die Energieversorgung
der Zelle nicht mehr gewährleistet und
das Signal für den intrinsischen Weg der Apoptose
– des Zelltodes – ist in Gang gesetzt.
Wir versuchen in der AG Mitochondriale Dynamik
die direkten Auswirkungen der Fusions- und
Teilungsaktivität von Mitochondrien auf die Neu-
Verteilung von Proteinen nachzuvollziehen. Dabei
interessiert uns vor allem die exakte räumliche
Anordnung von Komplexen der Atmungskette in
Mikrokompartimenten der Mitochondrien sowie
ihre Mobilität in Membranen (Abb. 2) um den Zusammenhang
von mitochondrialer Heterogenität,
Funktion und Dynamik besser zu verstehen.
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Mitochondriale Dynamik