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Mitochondriale Fehlfunktion im Alter und bei neurodegenerativen Erkrankungen

Die Vision des Exzellenzclusters CECAD ist es, die molekularen Grundlagen des Alterungsprozesses zu verstehen. Dazu definieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Prozesse, deren Fehlfunktion zur Entstehung von alterungsassoziierten Erkrankungen führen. Die Forschungsprojekte im Forschungsbereich A zielen darauf ab, die Rolle der Mitochondrien, den „Kraftwerken der Zelle“, in diesen Prozessen zu erforschen.

Funktionsstörungen der Mitochondrien nehmen im Alter zu und führen zu degenerativen Erkrankungen, vor allem des Gehirns. Das Altern korreliert mit der Anhäufung von Mutationen der mitochondrialen DNA und einem Rückgang der Funktion der Atmungskette, durch die mit Hilfe des eingeatmeten Sauerstoffs Energie gewonnen wird. Noch offen ist die Frage, ob die Abnahme der mitochondrialen Aktivität durch eine veränderte Regulation der Atmungsleistung im Alter oder durch eine Anhäufung von Schäden in den Mitochondrien verursacht wird.

Daraus leitet sich eine zentrale Fragestellung der CECAD Forschung ab: Wie kann die Qualität der Mitochondrien, ihrer DNA, Proteine und Lipide im Laufe des Lebens aufrechterhalten werden? Der Fokus der Arbeiten liegt dabei auf einem verbesserten Verständnis der Mechanismen, die die funktionale Integrität von Mitochondrien im Alter aufrechterhalten und gegen Neurodegeneration schützen.

Verstärkt durch die exzellenten wissenschaftlichen Berufungen in der ersten Förderperiode verfolgen die CECAD Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Forschungsbereichs A folgende Ziele:

Die Erforschung

  • der Mechanismen, die die Integrität des mitochondrialen Genoms und dessen Expression im Alter aufrechterhalten
  • der Mechanismen, die Energiegewinnung durch mitochondriale Atmung während des Alterungsprozesses regulieren
  • der Schlüsselkomponenten und Signalwege, die über die Regulation der mitochondrialen Funktion eine Verlängerung der Lebenszeit ermöglichen
  • der Mechanismen mitochondrialer Qualitätskontrolle, die einem altersassoziierten Verlust von mitochondrialer Aktivität entgegenwirken
  • der Mechanismen, die neurodegenerativen Erkrankungen zugrunde liegen, die durch eine gestörte mitochondriale Qualitätskontrolle verursacht werden.

Diese Fragestellungen werden unter Verwendung verschiedener Modellsysteme von den CECAD Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Forschungsbereich A erforscht. Von zentraler Bedeutung sind verschiedene Mausmodelle für neurodegenerative Erkrankungen, die durch eine mitochondriale Fehlfunktion ausgelöst werden. Dazu zählen die Parkinson´sche Erkrankung, zerebelläre Ataxie (Störung der Bewegungskoordination aufgrund einer Fehlfunktion des Kleinhirns),  spastische Paraplegie (zunehmende spastische Lähmungen in den Gliedmaßen) und verschiedene mitochondriale Enzephalopathien (Sammelbegriff für krankhafte Veränderungen des Gehirns unterschiedlicher Ursache und Ausprägung). Ein wichtiges Ziel dieser Forschungsarbeiten ist es, durch ein verbessertes Verständis der Prozesse, die die Aktivität und Funktionalität der Mitochondrien bestimmen, langfristig neue Therapieansätze zu entwickeln, die es ermöglichen, dem Altern und dem Voranschreiten alternsassoziierter Erkrankungen entgegenzuwirken.

Prof. Dr. Thomas Langer
Head of Research Area A – Principal Investigator, Deputy Scientific Coordinator – Institute for Genetics
Tel.  +49 221 478 84263
thomas.langer[at]uni-koeln.de

CECAD Cologne
CECAD Forschungszentrum
Joseph-Stelzmann-Str. 26
50931 Köln
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Thomas Langer

Prof. Dr. Elena I. Rugarli
Head of Research Area A – Principal Investigator, Cologne Biocenter
Tel.  +49 221 478 842 44
elena.rugarli[at]uni-koeln.de


CECAD Forschungszentrum
Joseph-Stelzmann-Str. 26
50931 Köln
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Elena I. Rugarli
Video

Film (01:51, Deutsche Fassung)
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Figures
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Figure 3
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Figure 5
Figure 5

Figure 1: Purkinje nerve cells link the granular to the molecular layer of the cerebellar cortex. This brain region controls balance and muscle coordination.

Figure 2: View of the network of nerve cells in the brain.

Figure 3 and 6: Absence of mitochondrial fusion leads to mitochondrial fragmentation and respiratory incompetence. Fzo1 is essential for the presence of tubular mitochondria. Mitochondrial morphology of (a) wild-type and (b) Δfzo1 yeast cells expressing a mitochondrial-targeted GFP protein. Cellular (Nomarsky) and mitochondrial (GFP) morphology were visualized by fluorescence microscopy.

Figure 4: An example of a model organism used for research: the threadworm C. elegans.

Figure 5: Mitochondria are dynamic parts of the cell.