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Mitochondrien spielen eine wichtige Rolle beim Untergang von Betazellen.

(20.08.2009) Bei der Entstehung von vielen chronischen Erkrankungen (wie zum Beispiel Krebs und Diabetes) spielen mitochondriale Veränderungen eine zunehmende Rolle. Die Forschungsaktivitäten im Rahmen der Mitochondrialen Medizin - einer der modernsten Zweige der heutigen Medizin - sind zurzeit sehr hoch. Gyorgy Szabadkai und Michael Duchen von der Londoner Universität haben kürzlich die neusten Erkenntnisse auf dem Gebiet der Diabetesforschung im Zusammenhang mit der Rolle der Mitochondrien zusammengetragen.




Sie ziehen aus ihren Erkenntnissen folgenden Schluss: die Mechanismen der Betazellzerstörung bei Typ 1 Diabetes und Typ 2 Diabetes liegen zunächst sehr weit auseinander und sind sehr unterschiedlich. Jedoch nutzen sowohl der immun-vermittelte Betazelltod bei Typ 1 Diabetes, als auch der durch metabolischen Stress ausgelöste Zelluntergang bei Typ 2 Diabetes den Weg über die Membran der Mitochondrien als gemeinsamen finalen Krankheitsweg.

Was sind Mitochondrien überhaupt?
Die Mitochondrien sind die Zentren der Energieproduktion und wesentlicher Stoffwechselprozesse der Zelle. Neben dem Zellkern, der den Hauptteil der genetischen Information beherbergt, sind sie die einzigen Zellbestandteile mit eigenem Erbgut. Besonders viele Mitochondrien befinden sich in Zellen mit hohem Energieverbrauch (Muskelzellen, Nervenzellen, Sinneszellen, Eizellen). In Herzmuskelzellen erreicht der Volumenanteil von Mitochondrien 36 Prozent.

Immun-vermittelter Zelltod bei Typ 1 Diabetes:
Ein Großteil der Forschungsarbeiten der letzten Jahre konzentrierte sich auf die Vermittler des Immunsystems (so genannte Zytokine), auf die auftretenden Stressreaktionen innerhalb der Zelle sowie die Signalwege, die zum Betazellfunktionsverlust und schließlich zum Betazelltod führen.

Neue Wege im Hinblick auf die Verbindung von Betazelltod und Mitochondrien wurden beschritten, indem spezifische Komplexe auf der Mitochondrienmembran identifiziert wurden. Diese Komplexe haben antivirale Funktionen, möglicherweise ein Verbindungspunkt zu dem bereits bekannten Zusammenhang zwischen viraler Infektion und  der Entstehung des Typ 1 Diabetes.

Stress-vermittelter Betazelltod und Insulinresistenz bei Typ 2 Diabetes:
Typ 2 Diabetes ist häufig mit Fettleibigkeit  und Insulinresistenz assoziiert. Die Wissenschaft ist sich aber auch einig, dass ein Typ 2 Diabetes nur manifest wird, wenn Betazellfunktionsstörungen auftreten und es zum teilweisen Betazellverlust durch Zelltod kommt. Da die Mitochondrien nicht nur für die Aufrechterhaltung der Glukose-induzierten Insulinfreisetzung, sondern auch für das Überleben der Betazellen eine entscheidende Rolle spielen, sind sie nun als eine zentrale Ursache für die Insulinresistenz und den Betazelltod erkannt worden.

Neben einer gestörten Signalübertragung und Kommunikation zwischen den Organen, können zwei weitere Hauptmechanismen, die in Verbindung mit den Mitochondrien stehen, den Betazelluntergang erklären:

  1. metabolische Überladung:  durch übermäßige Nahrungszunahme kommt es zur Anhäufung von Fetten und deren Abkömmlingen. Das wiederum führt (zum Beispiel in der Leber oder in der Muskulatur) zur kompletten oder teilweisen  Blockade  der Betaoxidation, d.h. der Fettverarbeitung, die in den Mitochondrien stattfindet. Im Zentrum des Interesses steht zurzeit PGC-1 alpha (PPAR-gamma coactivator 1 alpha), ein Protein (Eiweiß), welches zur Aktivierung eines mitochondrialen Transkriptionsfaktors vonnöten ist. Entscheidend also für die Bildung mitochondrialer Proteine. Durch gezielte Überexpression, das heißt verstärkte Bildung von PGC-1 alpha, konnte die gestörte Betaoxidation wiederhergestellt und die Insulinresistenz in Muskeln aufgehoben werden.
  2. Stress-bezogene Signalwege innerhalb der Zelle: Auftretender Stress in Betazellen, z. B. durch erhöhte Blutzuckerwerte, ist hauptsächlich gekennzeichnet durch Stress im endoplasmatischen Retikulum, dem Ort in der Zelle, in dem die Insulinproduktion und -freisetzung erfolgt. Neben dem „zu wenig“ des Energieträgers ATP, repräsentieren die zellulären reaktiven Sauerstoffmoleküle (ROS) einen weiteren Kandidaten für die Stressantwort in Betazellen. In der Tat führt ein „zuviel“ an Glukose (Hyperglykämie) zu einer gesteigerten ROS Bildung in Mitochondrien.

Schlussfolgerung: Sowohl den Immun-vermittelten Betazelltod bei Typ 1 Diabetes, als auch den durch metabolischen Stress ausgelösten Zelluntergang bei Typ 2 Diabetes werden die Mitochondrien als gemeinsamen finalen Krankheitsweg beansprucht. Immer mehr mitochondriale Signalwege werden aufgedeckt und spielen eine zunehmende fundamentale Rolle in der aktuellen Diabetesforschung.


Dr. Patricia Schott-Ohly, freie Mitarbeiterin von Diabetes-heute.de, Deutsches Diabetes-Zentrum an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Leibniz-Zentrum für Diabetes-Forschung

Quelle: Szabadkai G, Duchen MR : Mitochondria mediated cell death in diabetes. Apoptosis published online 23. 05. 2009; doi: 10.1007/s10495-009-0363-5

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