Wie Mitochondrien die Darmzellen steuern

27. Oktober 2016, 12:38
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Mitochondrien übernehmen einen entscheidenden Part bei der Zellerneuerung – Forscher untersuchten nun die Auswirkungen von Zellstress auf die "Zellkraftwerke"

Würde man den menschlichen Darm ausbreiten, hätte er – nicht zuletzt durch die vielen Darmzotten – eine Fläche zwischen 300 und 450 Quadratmetern. Die innere Darmwand voller kleinster Erhebungen erneuert sich alle vier bis fünf Tage komplett. Für diesen Prozess spielen die Stammzellen und die in ihnen enthaltenen Mitochondrien die wichtigste Rolle. Denn Mitochondrien sind die Energielieferanten in jeder Zelle und für die Zellatmung zuständig.

Eine gestörte Selbsterneuerung der Darmzellen kann etwa durch defekte Mitochondrien auftreten. "Wir sprechen dann von Zellstress", erklärt Dirk Haller vom Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie an der Technischen Universität München (TUM).

Tritt Zellstress auf, dann eilen – vereinfacht gesagt – Helfer herbei, die in den Zellen der sich selbst erneuernden Darmschleimhaut dafür sorgen, dass sich die an der Erneuerung beteiligten Proteine ordentlich falten, es zu keinen Zellveränderungen kommt und das ganze Zellsystem stabil bleibt. Ein Regler des Status quo in den Mitochondrien der Darmzellen ist das Hitzeschockprotein HSP60.

Stammzellen, die sich nicht mehr selbst erneuern

In einer Studie untersuchten nun Dirk Haller und sein Forscherteam die Rolle von HSP60, das als Baustein des Anti-Stress-Programms von Zellen gilt. Konkret beobachteten die Wissenschafter die Auswirkungen, wenn HSP60 im Darm ausgeschaltet wird. Das Ergebnis: Die Atemkapazität und der zelluläre ATP-Spiegel reduzierte sich, beides Schlüsselaufgaben des Mitochondriums.

Darüber hinaus zeigte sich, dass in alle Zellen ohne HSP60 Veränderungen auftraten: Stammzellen verloren ihre Fähigkeit zur Selbsterneuerung, während umliegende Epithelzellen ein Wachstumsprogramm initialisierten. "Verblüffend war die Reaktion auf fehlendes HSP60", sagt Haller – "denn obwohl Stammzellen ihre charakteristischen Eigenschaften verloren, aktivierten die gestressten Zellen der umliegenden Darmschleimwand neue Signalwege zur Regeneration."

Heilungsprozess in Gang setzen

Die Zellen mit einer gestörten Mitochondrienfunktion senden Botenstoffe aus. Über diese Botenstoffe sorgen sie dafür, dass sich die noch vorhandenen Stammzellen mit intakten Mitochondrien stark teilen. Diese neuen intakten Zellen ersetzen die gestressten Zellen.

Der Mangel an HSP60 löste eine "Kommunikation" von einer Zelle zur anderen und damit einen bislang unbekannten Heilungsmechanismus aus, der nach Verletzungen oder Entzündungen des Darmes von Bedeutung sein könnte. "Das Ergebnis zeigt, welche fundamentale Rolle funktionsfähigen Mitochondrien bei der Kontrolle der Darmschleimwanderneuerung zukommt – und wie sie chronische Erkrankungen des Darmes beeinflussen", sagt Haller.

Bei einer permanenten Entzündungssituation des Darmes sei die Kapazität der Stammzellen zur Selbsterneuerung ständig gefährdet und die Entstehung von Tumoren könne dadurch begünstigt werden, schlussfolgert der Forscher. (red, 27.10.2016)

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