Wie importieren Mitochondrien Antioxidantien?

Viele der Prozesse, die uns am Leben erhalten, bringen uns auch in Gefahr. Biochemische Reaktionen in unseren Zellen sorgen für Energie, produzieren gleichzeitig aber auch freie Radikale – instabile Moleküle, die anderen Molekülen Elektronen stehlen. Eine neue Studie zeigt jetzt, wie Glutathion, das wichtigste körpereigene Antioxidans, in die Mitochondrien der Zellen transportiert wird und dort freie Radikale vernichtet.

Shuttle-Molekül SLC25A39 für Transport entdeckt

Im Überschuss erzeugte freie Radikale verursachen oxidativen Stress und gelten als Risikofaktor für alle gängigen Zivilisationskrankheiten wie Krebs, Neurodegeneration oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Zellen lösen dieses Problem, indem sie Antioxidantien synthetisieren. Diese Stoffe neutralisieren freie Radikale. In einer neuen Studie identifizieren Wissenschaftler der US-amerikanischen Rockefeller-University ein Schlüsselmolekül, das Glutathion transportieren kann.

Bei Glutathion handelt es sich um das wichtigste Antioxidans des Körpers. Die im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichte Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung von oxidativem Stress und seinen schädlichen Auswirkungen.

„Mit dem identifizierten potenziellen Transporter können wir nun die Menge an Glutathion, die in die Mitochondrien gelangt, kontrollieren und oxidativen Stress gezielt an seiner Quelle untersuchen“, sagte Kivanç Birsoy, Assistenzprofessor an der Rockefeller University.

Um oxidativen Stress zu vermeiden, müssen die Zellen die Menge an freien Radikalen und Antioxidantien in ihren Mitochondrien genau ausgleichen. Mitochondrien werden auch als Kraftwerke von Zellen bezeichnet, weil sie Glukose vom Blut in Adenosintriphosphat umwandeln. Dieser Prozess benötigt freie Radikale, die normalerweise sofort wieder neutralisiert werden. Allerdings werden dabei auch freie Radikale innerhalb der Mitochondrien frei gesetzt.

Da Glutathion außerhalb der Mitochondrien, im Zytosol der Zelle, produziert wird, wollten die Wissenschaftler zunächst wissen, wie es in diese winzigen Kraftwerke transportiert wird.

Um diesen Prozess zu beleuchten, überwachte Birsoys Team die Proteinexpression in Zellen als Reaktion auf den Glutathionspiegel. „Wir nahmen an, dass Glutathion von einem Transporterprotein transportiert wird, dessen Produktion durch Glutathion reguliert wird“, sagte Birsoy. „Wenn wir also den Glutathionspiegel senken, sollte die Zelle dies kompensieren, indem sie das Transporterprotein hochreguliert.“

Diese Analyse ergab zahlreiche Hinweise auf SLC25A39 hin, ein Protein in der Mitochondrienmembran. Bisher war dessen Funktion unbekannt.

Die Forscher fanden jedoch heraus, dass die Blockierung von SLC25A39 das Glutathion im Mitochondrium reduziert, ohne dessen Menge an anderen Stellen in der Zelle zu beeinträchtigen. Weitere Experimente zeigten, dass Mäuse ohne SLC25A39 nicht überleben können. Bei Tieren, bei denen dieses Protein manipuliert wurde, starben rote Blutkörperchen schnell durch oxidativen Stress ab, da sie Glutathion nicht in die Mitochondrien bringen konnten.

Die Identifizierung des Transporters kann zu einem besseren Verständnis einer Vielzahl von Krankheitswegen im Zusammenhang mit oxidativem Stress führen. Dazu gehören Prozesse, die an Alterung und Neurodegeneration beteiligt sind. „Diese Zustände könnten möglicherweise behandelt oder verhindert werden, indem der Transport von Antioxidantien in die Mitochondrien stimuliert wird“, sagte Birsoy.

Darüber hinaus untersucht das Team jetzt, ob SLC25A39 als Angriffsziel für Krebstherapien dienen könnte. Beispielsweise könnte es dazu beitragen, tödlichen oxidativen Stress in Tumorzellen zu verursachen. Birsoy: „Bei Krebs möchten wir verhindern, dass Antioxidantien in die Mitochondrien gelangen, und das Transporterprotein könnte unser Weg sein, dies zu tun.“

Quelle:

Wang Y, Yen FS, Zhu XG, Timson RC, Weber R, Xing C, Liu Y, Allwein B, Luo H, Yeh HW, Heissel S, Unlu G, Gamazon ER, Kharas MG, Hite R, Birsoy K. SLC25A39 is necessary for mitochondrial glutathione import in mammalian cells. Nature. 2021 Nov;599(7883):136-140. doi: 10.1038/s41586-021-04025-w. Epub 2021 Oct 27. PMID: 34707288. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34707288/)

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Kornelia ist ausgebildete Redakteurin, Buchautorin und freie Texterin. Ihre Erfahrung mit Ess-Störungen hat sie in drei Kochbüchern beschrieben, die alle den Gourmand World Cookbook Awards von Edouard Cointreau gewonnen haben. Ihr Buch Cooking for Happiness hat sogar den Titel ‘Best in the World’ in der Kategorie Innovativ erhalten. Neben Ernährung faszinieren sie vor allem Themen im Bereich Gesundheit. Ihr umfangreiches Wissen in diesen Gebieten stellt sie leicht verständlich dar. Besonders liegt ihr eine ganzheitliche Sicht der menschlichen Existenz im Allgemeinen und Körperfunktionen im Besonderen am Herzen.

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