Institut für Vegetative Physiologie

Medizinische Fakultät
Klinikum der Universität zu Köln

Prof. Dr. Rudolf Wiesner
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In unseren Projekten bearbeiten wir die Frage, wie Zellen die Zahl ihrer Mitochondrien messen, wie sie die Mitochondrienbiogenese an den Energiebedarf anpassen, wie Mutationen mitochondrialer Gene die Zellfuktion beeinträchtigen und welche anderen Funktionen neben der Energiebereitstellung Mitochondrien noch in der Zelle wahrnehmen.

Mitochondrien sind die Kraftwerke jeder Zelle, in denen Kohlenhydrate und Fette mit Sauerstoff zu CO₂ verbrannt werden, wobei die Energie für alle lebensnotwendigen Vorgänge entsteht. Sie sind aber auch Syntheseorte vieler wichtiger Zwischenprodukte des Zellstoffwechsels, sind an der Regulation des cytosolischen Kalziums beteiligt und spielen eine maßgebliche Rolle beim programmierten Zelltod (Apoptose). Der Mitochondrien-Gehalt ist dem sehr unterschiedlichen Energiebedarf unterschiedlicher Zelltypen in unserem Körper angepasst. Eine unserer Fragestellungen ist daher: Woher wissen Zellen, wie viele Mitochondrien sie haben, wie viele sie brauchen, und wie passen sie Energie-Bedarf und -Angebot einander an? Wir untersuchen deshalb an ausgewählten Zellkulturmodellen die Regulation von mitochondrialen Genen durch mögliche intrazelluläre Signale, durch die die Zelle ihren Energiehaushalt reguliert. Die Koordination dieser Gene mit der Expression der mito­chondrialen, plasmid-ähnlichen DNA (mtDNA) ist ein weiterer wichtiger Aspekt.

Mit Hilfe von r0-Zellen, Zelllinien, die keine mtDNA mehr besitzen, damit keine funktionierende Atmungskette haben und keinen Sauerstoff mehr verbrauchen, untersuchen wir neue lebensnotwendige Funktionen der Organellen, die unabhängig von ihrer Aufgabe bei der Energiebereitstellung sind. Ein Schwerpunkt hierbei ist die Rolle der Organelle bei der Schädigung der Haut durch UV-Strahlen (siehe Webseite SFB 589).

Mit Hilfe solcher Zellen versuchen wir auch, die Pathomechanismus von Mutationen der mtDNA zu verstehen, die in betroffenen Patienten zu schweren neuromuskulären Erkrankungen führen. Mitochondrien aus Fibroblasten dieser Patienten werden in r0-Zellen eingebracht, auf diese Weise immortalisiert und können nun in der Zellkultur auf ihren Defekt hin untersucht werden (siehe Website ZMMK).

Wir glauben, dass unsere Arbeiten wichtig zum grundlegenden Verständnis der Physiologie der Zelle und zum Verständnis neuromuskulärer Erkrankungen sind. Da diese die gleichen Symptome aufzeigen wie die Degenerations­erscheinungen im Alter und das Altern mit der Akkumulation solcher Mutationen der mtDNA verbunden ist, hoffen wir auch einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des natürlichen Alterungsprozesses zu leisten SFB728

Sonderforschungsbereich 589 (SFB)

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