Mitochondrien stark an Wundheilung beteiligt

Zum ersten Mal zeigten deutsche Wissenschaftler in einer neuen Studie, dass Mitochondrien, die Aktivität von Fresszellen (Makrophagen) und die Reparatur von Gewebezellen bei der Wundheilung zusammenhängen. Das Kölner Forscherteam hat herausgefunden, dass die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, diese Prozesse in den Makrophagen maßgeblich koordinieren.

Zuletzt aktualisiert am 3. Januar 2022 um 9:44

Blutgefäße wachsen mithilfe freier Radikale

Professor Dr. Sabine Eming und ihre Kollegen am Exzellenzcluster CECAD für Alternsforschung der Universität zu Köln zeigten, dass Wundmakrophagen während der Gewebereparatur unterschiedliche Stoffwechselprogramme durchlaufen. Sie sind erforderlich, um die aufeinander folgenden Phasen der Hautrekonstruktion nach einer Verletzung zu unterstützen. Die Studie wurde Anfang Dezember im Wissenschaftsmagazin Cell Metabolism veröffentlicht.

Für die aktuelle Studie wollten die Kölner Wissenschaftler jetzt herausfinden, wie die Fresszellen ihre Aktivität verändern. Dafür untersuchten sie Makrophagen von Hautwunden im Früh- und Spätstadium bei Mäusen und profilierten diese auch auf transkriptioneller und funktioneller Ebene.

Dabei fanden die Forscher heraus, dass der glykolytische Stoffwechsel in der frühen Phase nicht ausreicht, um eine produktive Reparatur sicherzustellen. Glykolytisch bedeutet: Die Mitochondrien wandeln Glukose aus dem Blut in Adenosintriphosphat um, die Energieform, die Zellen verwenden können.

Im menschlichen Körper können Makrophagen verschiedene Aktivierungszustände annehmen. Als entzündungsfördernde Makrophagen in der Frühphase der Wundheilung töten sie Bakterien oder Viren ab und leiten eine schützende Abwehrreaktion ein. Reparative Makrophagen der späten Wundheilung unterstützen die Auflösung von Entzündungen, sodass Gewebe aufgebaut und das Gleichgewicht wiederhergestellt werden kann.

Eine ungelöste Frage in der Makrophagenbiologie ist, welche Signale für den Übergang von entzündlichen zu reparativen Makrophagen benötigt werden. In der neuen Studie zeigten Dr. Eming, Oberärztin der Klinik für Dermatologie und Venerologie und Forschungsgruppenleiterin am CECAD und dem Zentrum für Molekulare Medizin Köln (CMMC), und ihr Team einen funktionellen Zusammenhang zwischen Gewebereparatur, Zellstoffwechsel und der Aktivierung und Funktion von gewebereparierenden Makrophagen.

Entscheidender Punkt der Ergebnisse: Veränderungen des mitochondrialen Stoffwechsels sind der entscheidende Kontrollmechanismus für die unterschiedlichen Funktionen von Makrophagen während der frühen und späten Wundheilung.

Der Zuckerstoffwechsel in den Mitochondrien in der frühen Phase der Wundheilung reicht nicht aus, um eine produktive Reparatur zu gewährleisten. Mithilfe der Einzelzellsequenzierung entdeckte das Team, dass eine Subpopulation von Makrophagen im Frühstadium reaktive Sauerstoffradikale (freie Radikale) metabolisiert, die in Mitochondrien als Nebenprodukt der Zellatmung produziert werden.

Dr. Eming und das Team konnten erstmals zeigen, dass der Nutzen der reaktiven sauerstoffhaltigen Moleküle in frühen Wundmakrophagen entscheidend ist, um das Wachstum von Blutgefäßen und damit eine rechtzeitige Heilung zu gewährleisten. In der späten Phase der Wundheilung ändert sich der Stoffwechsel der Mitochondrien in den Makrophagen. Nun findet ein Stromaaustausch durch spezifische Rezeptoren vom Typ IL-eRa statt. Stroma bezeichnet die Flüssigkeit innerhalb von Zellen.

„Auf Basis unserer Ergebnisse wird es sehr interessant sein, zu verstehen, ob gestörter mitochondrialer Stress in Zellen des Immunsystems zu abweichenden Entzündungsreaktionen der Haut und pathologischen Wundheilungszuständen beiträgt“, sagte Dr. Eming. „Es wird auch spannend sein zu sehen, ob pharmakologische Interventionen bei mitochondrialen Stressreaktionen therapeutischen Nutzen bringen und die Reparatur von verletztem Gewebe erleichtern.“

Quelle:

Sebastian Willenborg, David E. Sanin, Alexander Jais, Xiaolei Ding, Thomas Ulas, Julian Nüchel, Milica Popović, Thomas MacVicar, Thomas Langer, Joachim L. Schultze, Alexander Gerbaulet, Axel Roers, Edward J. Pearce, Jens C. Brüning, Aleksandra Trifunovic, Sabine A. Eming. Mitochondrial metabolism coordinates stage-specific repair processes in macrophages during wound healing. Cell Metabolism, Volume 33, Issue 12, 2021, Pages 2398-2414.e9, ISSN 1550-4131. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.10.004.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413121004824)

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