08.11.2019 - Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Sauerstoffmangel programmiert Mitochondrien um

Forscher bremsen Wachstum von Tumorzellen der Bauchspeicheldrüse

Mitochondrien verbrennen Sauerstoff und stellen dadurch Energie für den Körper bereit. Ohne Sauerstoff oder bei Nährstoffmangel müssen Zellen schnell ihre Energieversorgung umstellen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns haben nun in einer in Nature publizierten Studie gezeigt, dass Mitochondrien unter Sauerstoff- und Nährstoffmangel umprogrammiert werden. Auf diese Weise können die Zellen weiterwachsen. Auch Tumore der Bauchspeicheldrüse nutzen diese Umprogrammierung, und können sich so trotz wenig vorhandener Nährstoffe und Sauerstoffmangel weiter ausbreiten. Die Forscher glauben, dass Proteine in diesem neu entdeckten Signalweg ein gutes Ziel für Therapien gegen Bauchspeicheldrüsenkrebs sein könnten, gegen den es bisher kein Medikament gibt.

Zellen stellen sich auf Sauerstoffmangel ein, indem sie ihre Energieversorgung auf die sogenannte Glykolyse umstellen, bei der Zucker ohne Sauerstoff vergärt wird. Dies kann zum Beispiel im Alter nötig sein, da die Zellen im Körper häufig schlechter mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Aber auch Krebszellen können dieses Problem haben, da einige Tumore schlecht durchblutet sind und so wenig Sauerstoff und Nährstoffe zu den Zellen gelangen.

„Es war schon länger bekannt, dass Zellen die Anzahl an Mitochondrien reduzieren, wenn sie bei Sauerstoffmangel auf Glykolyse umsteigen und diese nicht mehr für die Energieproduktion benötigen. Wir haben jetzt herausgefunden, dass die noch verbleibenden Mitochondrien zusätzlich umprogrammiert werden, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden“, erklärt Max-Planck-Direktor Thomas Langer.

Umstellung mit eingebauter Zeitschaltuhr

Dieses geschieht über einen neu entdeckten Signalweg in der Zelle: Eine Protease in der Membran von Mitochondrien wird bei der Umstellung auf Glykolyse aktiviert und baut dann verschiedenste Proteine in den Organellen ab. Dadurch können keine neuen Mitochondrien mehr gebildet werden und die verbleibenden Mitochondrien ändern ihren Stoffwechsel. Dieser Prozess stoppt irgendwann von selbst, da die Protease bei hoher Aktivität anfängt sich selbst abzubauen. „Dieser Signalweg hat nicht nur eine eingebaute Zeitschaltuhr, sondern ermöglicht eine sehr schnelle Antwort auf Sauerstoffmangel“, so Langer.

Verringertes Wachstum von Tumorzellen

Die Forschenden haben dann Krebszellen untersucht, die von Patienten mit Pankreastumoren stammen. Diese Tumore wachsen unter Sauerstoffmangel und sind höchst aggressiv. Die Wissenschaftler waren in der Lage das Tumorwachstum zu verringern, wenn sie den Signalweg in den Mitochondrien abschalten. Dieses zeigte sich sowohl in Krebszellen in der Petrischale als auch bei Tumoren in der Bauchspeicheldrüse von Mäusen. „Gegen Pankreaskrebs gibt es bis jetzt keine Behandlung. Ich glaube, dass diese Protease ein sehr interessantes therapeutisches Ziel sein kann, da wir gesehen haben, dass der Signalweg auch in Patienten mit Bauspeicheldrüsenkrebs aktiv ist“, erklärt Langer. „Allerdings sind bis jetzt keine Substanzen bekannt, die auf diese Protease wirken.“

  • Thomas MacVicar, Yohsuke Ohba, Hendrik Nolte, Fiona Carola Mayer, Takashi Tatsuta, Hans-Georg Sprenger, Barbara Lindner, Yue Zhao, Jiahui Li, Christiane Bruns, Marcus Krüger, Markus Habich, Jan Riemer, Robin Schwarzer, Manolis Pasparakis, Sinika Henschke, Jens C. Brüning, Nicola Zamboni, Thomas Langer; "Lipid signalling drives proteolytic rewiring of mitochondria by YME1L"; Nature; 6. November 2019
Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Mitochondrien
  • Sauerstoff
  • Sauerstoffmangel
Mehr über MPI für Biologie des Alterns
  • News

    Neue Membranen für zelluläres Recycling

    Es ist ein ständiger Frühjahrsputz in unseren Zellen: Das zelleigene Recyclingsystem, die sogenannte Autophagie, befüllt Müllsäcke mit zellulärem Abfall, transportiert sie zum Recyclinghof und stellt das zersetzte Material wieder zur Verfügung. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biologie ... mehr

    Gesundheit im Alter ist eine Lebensaufgabe

    Wenig Essen hilft sowohl bei Tieren als auch Menschen, die Gesundheit im Alter zu verbessern und kann die Lebenszeit verlängern. Wann aber muss man seine Ernährung umstellen, um davon im Alter zu profitieren? Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, vom Exzellenzclu ... mehr

    Medikamenten-Kombi lässt Fliegen länger leben

    Eine Kombination aus drei Medikamenten verlängert die Lebensdauer von Fruchtfliegen um 48 Prozent. Die Medikamente werden bereits als medizinische Behandlungen eingesetzt: Lithium als Stimmungsstabilisator, Trametinib in der Krebsbehandlung und Rapamycin als Immunsystemregulator. Die von Fo ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

    Das 2008 gegründete Max-Planck-Institut (MPI) für Biologie des Alterns ist eines von über 80 unabhängigen, gemeinnützigen Instituten unter dem Dach der Max-Planck-Gesellschaft. Übergeordnetes Forschungsziel ist es, fundamentale Erkenntnisse zum Alterungsprozess zu gewinnen und so den Weg da ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft
  • News

    Immunschub gegen das Coronavirus

    Der Verlauf der Corona-Pandemie wird stark davon abhängen, wie schnell Medikamente oder Impfstoffe gegen das SARS-Co-Virus 2 entwickelt werden können. Forscher wollen nun in mindestens einer Phase-III-Studie untersuchen, ob der ursprünglich von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für ... mehr

    Nachhaltige Nutzung von CO2 mittels eines modifizierten Bakteriums

    Einem Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm unter Leitung von Dr. Arren Bar-Even ist es gelungen, die Ernährung des Bakteriums E. coli so umzuprogrammieren, dass es Ameisensäure oder Methanol als einzige Nahrungsquelle nutzen k ... mehr

    Fabrik der Zukunft wächst auf dem Acker

    Die Fabrik der Zukunft wächst auf dem Acker – zumindest wenn es nach Ralph Bock und seinem Team am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm geht. Die Forscher wollen Pflanzen zu Produktionsstätten für Substanzen machen, die sonst nur aufwendig und teuer herzustellen si ... mehr

  • Videos

    Epigenetics - packaging artists in the cell

    Methyl attachments to histone proteins determine the degree of packing of the DNA molecule. They thereby determine whether a gene can be read or not. In this way, environment can influence the traits of an organism over generations. mehr

    Biomaterials - patent solutions from nature

    Animals and plants can produce amazing materials such as spider webs, wood or bone using only a few raw materials available. How do they achieve this? And what can engineers learn from them? mehr

    Chaperone - Faltungshelfer in der Zelle

    In der Zelle geht es manchmal zu wie beim Brezelbacken: Damit ein Protein richtig funktionieren kann muss seine Aminosäurekette in die richtige Form gebracht werden. Franz-Ulrich Hartl erforscht, wie die sogenannten Chaperone als Faltungshelfer der Proteine wirken. mehr

  • Forschungsinstitute

    Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

    Max-Planck-Institute betreiben Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit. Die Max-Planck-Gesellschaft greift insbesondere neue, besonders innovative Forschungsrichtungen auf, die an den Universitäten in Deutschland noch keinen od ... mehr