Wenn Energielieferanten des Herzens nicht funktionieren

Mitochondrien sind die Kraftwerke des Herzens. Sie liefern die Energie. Ist die Energiezufuhr gestört, wird das Herz krank. Jan Dudek erforscht mit seiner Juniorgruppe die Ursachen und Mechanismen von mitochondrialen Fehlfunktionen und hat sich in diesem Rahmen auf das mit einer Kardiomyopathie einhergehende  Barth-Syndrom fokussiert. Das Syndrom wird durch eine Mutation in einem Enzym verursacht, das für die Reifung des Phospholipds Cardiolipin benötigt wird. Cardiolipin wiederum ist mit vielen essentiellen mitochondrialen Funktionen verbunden.

Das Herz ist eines der energieintensivsten Gewebe und verbraucht an einem Tag sechs Kilogramm Adenosintriphosphat (ATP). 95 Prozent des Energiebedarfs wird von den Mitochondrien durch oxidative Phosphorylierung gedeckt. Neben ihrer Rolle bei der Energieumwandlung haben Mitochondrien weitere Funktionen im Stoffwechsel, zum Beispiel beim Zitronensäurezyklus, Harnstoffzyklus, beim Aminosäurestoffwechsel und Lipidstoffwechsel.

Mitochondriale Fehlfunktionen

Wenn Mitochondrien aufgrund einer Fehlfunktion nicht die erforderliche Energie liefern können, verursachen sie häufig Herzerkrankungen. Mitochondriale Erkrankungen sind eine heterogene Gruppe von Erkrankungen, die in etwa einer von 5000 Geburten vorkommen. Mitochondriale Fehlfunktionen können entweder durch Mutationen im mitochondrialen Genom oder durch Mutationen in kernkodierten Proteinen verursacht werden.

Mangel an Cardiolipin begünstigt Herzschwäche

Mitochondrien sind von zwei Membranen umgeben, die eine wesentliche Rolle in vielen Aspekten der mitochondrialen Physiologie spielen. Die innere Membran der Mitochondrien bildet sogenannte Cristae-Strukturen, in denen die Atmungskette liegt. Die Atmungskette wandelt die Energie aus dem oxidativen Metabolismus in ATP um. Mitochondriale Membranen sind durch einen hohen Gehalt an dem Phospholipid Cardiolipin (CL) gekennzeichnet, und CL ist mit vielen essentiellen mitochondrialen Funktionen verbunden. Veränderungen im CL-Pool gehen mit einer großen Anzahl von Herzerkrankungen einher. Ein Verlust bestimmter CL-Spezies wurde bei Patienten mit ischämischer (ICM) und auch nicht-ischämischer dilatativer Kardiomyopathie (DCM) gefunden.

Fokus auf Barth-Syndrom

Wir interessieren uns für die pathologischen Mechanismen, die dazu führen, dass eine mitochondriale Dysfunktion die Entstehung von Herzerkrankungen fördert. Um die Rolle von CL bei der Pathogenese von Herzerkrankungen aufzuklären, untersuchen wir insbesondere das Barth-Syndrom (BTHS), eine vererbte Kardiomyopathie, die mit Neutropenie, Wachstumsverzögerung und einer Myopathie der Skelettmuskel einhergeht. BTHS wird durch eine Mutation in einem Enzym verursacht, das für die Reifung von CL nach seiner Biogenese benötigt wird.

Beeinflussen Mitochondrien auch zelluläre Signalwege?

Für unsere Forschung verwenden wir verschiedene Modellsysteme, bei denen wir biochemische Methoden anwenden, um strukturelle und funktionelle Störungen der Atmungskette in den Mitochondrien zu analysieren. Wir verwenden zellbiologische Methoden um zu klären, wie Defekte in wichtigen mitochondrialen Funktionen die Herzfunktion beeinträchtigen können. In den letzten Jahren wurde deutlich, dass Mitochondrien auch als Zentren für viele zelluläre Signalwege fungieren. Wir sind daran interessiert, wie fundamentale zelluläre Signalwege von dysfunktionalen Mitochondrien beeinflusst werden.

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