Mitochondrialer Proteinimport bei Sepsis: Pathomechanistische und therapeutische Implikationen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Tim Rahmel
• Fachliche Zuordnung: Anästhesiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464384825

Eine Sepsis ist eine aus einer infektionsbedingt fehlregulierten Immunreaktion resultierende metabolische Störung mit lebensbedrohlicher Organdysfunktion. Einer mitochondrialen Dysfunktion wird dabei eine wichtige pathophysiologische Rolle zugeschrieben, die im Rahmen der Inflammationsreaktion von einer ausgeprägten mitochondrialen ROS-Bildung begleitet wird. Insbesondere bei überschießender ROS-Produktion und unzureichender ROS-Neutralisation werden mitochondriale Funktionen und Strukturen geschädigt, infolgedessen sich eine mitochondriale Dysfunktion manifestiert. Für die anschließend notwendige Reparatur der ROS-induzierten Schäden ist die mitochondriale Biogenese von zentraler Bedeutung. Allerdings ist unklar, warum trotz Induktion der Biogenese und gesteigerter Expression von mitochondrialem Transkriptionsfaktor A (TFAM), ein Schlüsselprotein der mitochondrialen Biogenese, eine funktionelle Erholung ausbleiben kann. In diesem Zusammenhang zeigen unsere Vorarbeiten trotz erhöhter zytoplasmatischer TFAM-Expression erniedrigte intramitochondriale Konzentrationen, einhergehend mit einer mitochondrialen Dysfunktion. Wir haben daher die These, dass diese zelluläre Maldistribution von TFAM in der Sepsis durch einen gestörten Proteinimport aus dem Zytoplasma in die Mitochondrien verursacht wird, ein bislang bei Sepsis nicht untersuchter Pathomechanismus.Mit der beantragten Förderung sollen Nachweis und Charakterisierung einer ROS-induzierten mitochondrialen Proteinimportstörung als putativer Effektor einer mitochondrialen Dysfunktion bei Sepsis sowie dessen pharmakologische Beeinflussbarkeit erfolgen. Prüfhypothese ist, dass eine ROS-Produktion über eine Verringerung des mitochondrialen Membranpotentials zu einer Störung der Proteintranslokation über die innere Mitochondrienmembran führt und eine mitochondriale Dysfunktion mit sich bringt. Dies wird getestet, indem wir bei Sepsis-Patienten und im LPS-Modell in vitro die 1) Proteinexpression importrelevanter mitochondrialer Strukturen bestimmen und 2) die Menge importierter Proteine quantifizieren. Parallel erfolgt die Messung der ROS-Produktion und des mitochondrialen Membranpotentials mittels Fluoreszenz-Assays. Die Auswirkungen der Proteinimportstörung auf die mitochondriale Funktion werden mittels Messung der zellulären ATP-Konzentration und Variablen der Atmungskette (u.a. Extracellular-Flux-Analyzer, Förderung beantragt) beurteilt. Um besonders betroffene Proteine zu identifizieren, werden auch Veränderungen des mitochondrialen Proteoms unter Manifestation der vermuteten Importstörung beschrieben. Schließlich wird die These geprüft, dass Antioxidantien (Ascorbinsäure, MitoQ) die Importstörung attenuieren. Hierzu werden unterschiedliche Dosierungen und Applikationszeitpunkte getestet. Ziel hier ist, eine ROS-induzierte Importstörung als Faktor der mitochondrialen Dysfunktion bei Sepsis aufzuzeigen und den Einsatz von Antioxidantien als mögliche therapeutische Option zu explorieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Michael Adamzik; Privatdozent Dr. Björn Koos; Professor Dr. Jürgen Peters