Bioenergetische Messungen in peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs) - Einfluss von Alter, Geschlecht und zirkadianem Rhythmus

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2020

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-16785

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dsDie Lebenserwartung ist in den letzten Jahren immer weiter angestiegen und führt in Kombination mit zurückgehenden Geburtenraten zu einer Alterung der Gesellschaft. Das Altern bringt ein erhöhtes Risiko für verschiedene Erkrankungen mit sich. Hierbei spielen vor allem die neurodegenerativen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Die Demenzerkrankung betrifft besonders viele Personen. Schon heute sind mehr als 47 Millionen Menschen weltweit von einer Demenz betroffen und diese Zahl wird sich voraussichtlich bis 2050 sogar verdreifachen. Aus diesem Grund ist es wichtig, effektive Präventions- und Therapieansätze zu entwickeln und frühzeitige und kostengünstige Diagnosemöglichkeiten zu etablieren. Die häufigste Demenzform ist die Alzheimer Erkrankung (AD), deren häufigste Form sporadisch auftritt und deren Ursache multifaktoriell ist. Eine mitochondriale Dysfunktion spielt sowohl bei der Alterung als auch bei der AD eine entscheidende Rolle und rückt immer mehr in den Fokus der Forschung. Allerdings ist die Bestimmung der mitochondrialen Funktion im Gehirn des lebenden Menschen nur schwierig möglich. Einige Studien konnten jedoch zeigen, dass Veränderungen des Energiemetabolismus bei der Alterung nicht nur im Gehirn, sondern auch in der Peripherie auftreten. Aus diesem Grund scheinen periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs) ein geeignetes Kompartiment für die Erforschung der mitochondrialen Funktion zu sein. Vor diesem Hintergrund war das Hauptziel der vorliegenden Dissertation, herauszufinden, ob die Messung der mitochondrialen Funktion in PBMCs eine geeignete Methode darstellt, um Veränderungen in den Mitochondrien zu detektieren.Im ersten Teil der Arbeit wurde hierzu die Methode zunächst etabliert und mögliche Einflussfaktoren wurden identifiziert. Der Vergleich zweier Zentrifugationsröhrchen und deren Einfluss auf die Zellausbeute, die Reinheit und Zusammensetzung des Isolates sowie auf die mitochondriale Funktion zeigte keine Unterschiede. In einer zweiten Studie wurde der Einfluss des in circadianen Rhythmen ausgeschütteten, Hormons Melatonin auf die mitochondriale Funktion erforscht. Melatonin ist ein effektives Antioxidanz und kann dadurch Messungen der mitochondrialen Funktion beeinflussen. In der Studie konnte bei den männlichen Probanden eine Assoziation zwischen dem Melatonin und der mitochondrialen Aktivität identifiziert werden. Nach Abschluss der Etablierung wurde die Methode im zweiten Teil der Arbeit zur Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs der mitochondrialen Funktion im Gehirn und in der Peripherie eingesetzt. Hierzu wurden die in den PBMCs von jungen gesunden Probanden, gemessene Citratsynthase (CS)-Aktivität sowie die ATP-Spiegel mit den im Gehirn gemessenen N-Acetylaspartat (NAA)-Konzentrationen korreliert. Die Ergebnisse der Studie zeigen eine Tendenz zu einer positiven Korrelation zwischen den mitochondrialen Parametern im Gehirn und im Blut. Im Rahmen einer anderen Studie wurde untersucht, ob sich Veränderungen der mitochondrialen Funktion in PBMCS bereits bei kognitiv gesunden alten Probanden zeigen. Hierbei konnten altersassoziierte Unterschiede beobachtet werden. Die jungen Frauen und Männer wiesen signifikant höhere ATP-Spiegel und Komplex IV-Aktivitäten auf als die weiblichen und männlichen alten Probanden. Dies deutet auf eine altersbedingte Abnahme der mitochondrialen Funktion hin. Beim Vergleich der Ergebnisse mit Patienten mit milden kognitiven Beeinträchtigungen (MCI) konnte sowohl in den jungen als auch in den alten Probanden eine signifikant höhere mitochondriale Funktion gemessen werden. Dies bestätigt erneut, dass die mitochondriale Dysfunktion bei der Entstehung der AD eine entscheidende Rolle spielt. Neben den altersassoziierten Unterschieden wurde in einer weiteren Studie der Einfluss des Geschlechts auf die mitochondriale Funktion erforscht. Hier, aber auch in den anderen durchgeführten Studien, zeigten sich geschlechtsassoziierte Unterschiede in der mitochondrialen Funktion in PBMCs. Die Komplex IV-Aktivität war in allen Studien bei den weiblichen Probanden signifikant höher als bei den Männern und auch die ATP-Spiegel lagen tendenziell in einem höheren Bereich. Im letzten Teil der Arbeit wurde die PBMC-Methode genutzt, um den Einfluss einer sechsmonatigen Intervention auf die mitochondriale Funktion in PBMCs von MCI-Patienten zu untersuchen. Es konnten keine Effekte der Intervention auf die in den PBMCs gemessenen mitochondrialen Parametern beobachtet werden. Unter Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren und der geschlechtsassoziierten Unterschiede der mitochondrialen Funktion, ist die Messung von mitochondrialen Parametern in PBMCs eine geeignete und kostengünstige Methode, um Veränderungen der mitochondrialen Funktion frühzeitig zu detektieren. Die Methode könnte auch bei der Überwachung des Erfolges von Präventions- und Therapieansätzen, die das Mitochondrium als Ziel haben, von großem Nutzen sein.

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