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Einblicke in mitochondriale Stromnetze erhöhen das Verständnis des Herzmuskels
Eine neue Studie zeigt weitere Erkenntnisse darüber, wie elektrische "Stromnetze" miteinander verbundener Mitochondrien in Herzmuskelzellen funktionieren. Es zeigt, dass das Gitter einer Zelle mehrere kleinere Teilnetzwerke und einen Mechanismus umfasst, der in ähnlicher Weise wie ein Leistungsschalter wirkt. Diese Merkmale ermöglichen es dem Gitter, die Zelle weiterhin zu unterstützen, indem die Ausbreitung lokaler Defekte wie krankheitsbedingter Abbau einzelner Mitochondrien begrenzt wird.
Die Forscher verwendeten eine hochauflösende Bildgebung, um Mitochondrien in einer einzelnen Herzzelle zu betrachten - die in diesem Bild rot hervorgehobenen wurden ultraviolettem Licht ausgesetzt.
Bild: NHLBI
Die Studie ist die Arbeit eines Teams bei den National Institutes of Health (NIH) in Bethesda, MD, und es ist in der Zeitschrift veröffentlicht Zellberichte.
Der leitende Autor Dr. Brian Glancy vom Muscle Energetics Laboratory am National Heart, Lung and Blood Institut (NHLBI) des NIH und seine Kollegen glauben, dass ihre Ergebnisse wichtige Hinweise geben, wie gesundes und krankes Herz und Skelettmuskel funktioniert.
Ein solches Wissen könnte das Verständnis für Krankheiten wie Mitochondrien, Herzerkrankungen und Muskeldystrophie verbessern.
Muskelzellen müssen viel Energie bereitstellen, um die Bewegung von Muskeln zu fördern, die eine Reihe von Funktionen ausführen, von der Bewegung der Arme und Beine bis zum Pumpen des Herzens.
Um diese Energie zu liefern, enthalten Muskelzellen viele winzige Kompartimente oder Organellen, Mitochondrien genannt, die Wissenschaftler oft als "Kraftpakete" von Zellen bezeichnen.
Mitochondrien bilden ein zelluläres "Stromnetz"
Mitochondrien sind spezialisierte Organellen, die Zucker, Fette und andere Nährstoffe in energiereiche Moleküle umwandeln - insbesondere eines, das als Adenosintriphosphat (ATP) bekannt ist.
Mitochondrien haben einige ungewöhnliche Eigenschaften. Zum Beispiel haben sie zwei umgebende Membranen und ihren eigenen genetischen Code, der getrennt von dem ist, der in der DNA im Zellkern enthalten ist.
Sie teilen sich auch unabhängig von der Zelle; ihr Timing und ihre Replikationsrate sind nicht mit denen der Zelle gekoppelt.
Um ATP zu produzieren, verlassen sich die Mitochondrien auf ihre zwei Membranen: eine äußere, die Löcher hat, die groß genug für Ionen sind, und eine innere, die weniger durchlässig ist.
Diese und andere Unterschiede zwischen den beiden Membranen ermöglichen es den Mitochondrien, einen Spannungsunterschied zwischen ihnen aufrecht zu erhalten, der als vorübergehende Speicherung von Energie (ähnlich einer Batterie) dient, die für die Produktion von ATP durch einen Prozess namens oxidative Phosphorylierung essentiell ist .
Nach der Verwendung von hochauflösenden 3-D-Bildern zur Untersuchung von Mitochondrien in Maus-Skelettmuskelzellen berichtete das NIH-Team jedoch von einer bahnbrechenden Studie, die im Jahr 2015 veröffentlicht wurde und einige der seit langem vertretenen Meinungen über Mitochondrien auf den Kopf brachte Die Diffusion von ATP war nicht das einzige Mittel zur Energieverteilung in Zellen.
In dieser Studie enthüllte das Team, dass die elektrische Energie, die in der Spannung über den beiden Membranen der Mitochondrien gespeichert ist, eine primäre Energiequelle in der Zelle und "der dominante Weg für die Energieverteilung der Skelettmuskulatur" ist. Die Studie begründete die Idee, dass die Mitochondrien als "Stromnetz" innerhalb der Zelle fungieren.
Das mitochondriale Stromnetz verfügt über eingebaute Sicherheitsfunktionen
In der neuen Studie nehmen Dr. Glancy und Kollegen die früheren Ergebnisse weiter und zeigen, dass das mitochondriale Stromnetz Sicherheitsfunktionen eingebaut hat, die es der Zelle ermöglichen, weiter zu arbeiten, wenn ein Teil des Gitters einen Fehler entwickelt.
Mit Hilfe von hochauflösenden 3-D-Bildern und lichtaktivierten Sonden und der Arbeit mit Herzmuskel- und Skelettmuskelzellen der Maus entdeckte das Team, dass die Stromnetze in diesen Zellen Subnetze von Mitochondrien umfassen, die durch "intermitochondriale" Verbindungen verbunden sind Abzweigungen, "die in ähnlicher Weise wie Leistungsschalter wirken.
Die Forscher fanden heraus, dass diese Anordnung es ermöglicht, dass fehlerhafte Mitochondrien innerhalb von Sekunden "elektrisch vom Netzwerk getrennt werden", wodurch die Integrität des gesamten Gitters sichergestellt wird, so dass es die Zelle weiterhin mit Energie versorgen kann.
Die Forscher vergleichen den Prozess mit dem des Stromnetzes einer Stadt. Wenn ein Blitz einschlägt, könnten die Lichter für ein oder zwei Sekunden über die ganze Stadt flackern, aber dank der Anordnung von Leistungsschaltern und Teilnetzen erholt sich das Netz schnell und der Leistungsverlust ist auf einen kleinen Teil des Netzes beschränkt. Sie folgern:
"Dieses mitochondriale Netzwerkschutzsystem begrenzt die Ausbreitung von lokalen Fehlern und ermöglicht die schnelle Wiederherstellung von unbeschädigten Mitochondrien, um die zelluläre Funktion aufrechtzuerhalten."
Erfahren Sie, wie Entzündungen Mitochondrien in giftige Fabriken verwandeln können.
Ein Fünftel der brusterhaltenden Operationen erfordern eine erneute Operation
Etwa ein Fünftel der weiblichen Brustkrebspatientinnen, die sich für eine brusterhaltende Operation anstelle einer Mastektomie entschieden haben, benötigen eventuell eine weitere Operation, berichteten britische Forscher im BMJ (British Medical Journal). Die Autoren erklärten, dass ihre Ergebnisse Patienten helfen sollten, wenn sie entscheiden, wie sie weiter vorgehen sollen; ob die gesamte Brust operativ entfernt werden soll (Mastektomie) oder ob eine brusterhaltende Operation durchgeführt werden soll (um nur einen Teil der Brust zu entfernen).
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