Regulation des Energiestoffwechsels in Hepatozyten durch Morphogene

Mitochondrien sind komplexe Organelle, die an unterschiedlichen zellulären Signalwegen und Stoffwechselaktivitäten beteiligt sind. Die wichtigsten Stoffwechselfunktionen der Mitochondrien sind dabei zum einen, die zentrale Steuerung des metabolischen Stoffflusses, wie der Citratzyklus und die β-Oxidation der Fettsäuren und zum anderen die Generierung von Energie in Form von ADP mittels oxidativer Phosphorylierung. Für die Regulation des Energiestoffwechsels in Hepatozyten durch Morphogene untersuchten wir eine Mausmodell, in dem ein hepatozyten-spezifischer Knock-out (Ko) für Smoothened (Smo), ein wichtiges Transduktorprotein des Hedgehog (Hh) Signalweges, generiert wurde. Der Hh-Signalweg zählt zu den Morphogenen und spielt eine wichtige Rolle in der Organogenese und Tumorgenese. Unsere neuesten Erkenntnisse zeigten, dass der Hh-Signalweg ein aktiver Signalweg im adulten Gewebe ist und eine entsprechende Auswirkung auf die endokrine Funktion der Leber besitzt sowie im Fettstoffwechsel beteiligt ist [1]. Für einen Einblick in den Energiestoffwechsel lagen unsere Schwerpunkte in der Untersuchung des Sauerstoffverbrauches der Hepatozyten, den ATP-Gehalt in der Zelle sowie einzelner Gene, welche mitochondriale Proteine kodieren wie Untereinheiten der Atmungskettenkomplexe, der β-Oxidation und Entkoppelungsproteine. Für die Untersuchungen der mitochondrialen Atmung wurde der Sauerstoffverbrauch der hepatischen Mitochondrien im gekoppelten und entkoppelten Zustand am Oxygraphen-2k Oroboros vorgenommen. Der ATP-Gehalt wurde mit dem CellTiter-Glo® Luminescent Cell Viability Assay gemessen und die Untersuchung des mRNA-Expressionslevel erfolgte über eine quantitative real-time PCR. Die ersten Messungen der mitochondrialen Atmung zeigen, dass die Hepatozyten der Ko-Tiere eine geringere Sauerstoffkonzentration und somit einen langsameren Sauerstoffverbrauch gegenüber den WT-Tieren besitzen. Außerdem zeigte sich in Hepatozyten der Ko-Tiere ein drastischer Abfall der ATP-Konzentration. Dahingegen konnte eine signifikante Steigerung der Expressionslevel der F1-Einheit der ATP-Synthase, der Schrittmacherenzyme der β-Oxidation und im Entkopplungsprotein 2 beobachtet werden. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Hh-Signalweg einen Einfluss auf den Energiestoffwechsel hat und somit auf die mitochondrialen Funktion. Um einen tieferen Einblick in die vorliegenden Mechanismen zu erhalten, sind zukünftig Messungen des mitochondrialen Membranpotentials und mitochondrialer Masse mittels Facs geplant sowie weiterführende Analysen hinsichtlich der Rolle der Entkopplungsproteine 1 und 3.

[1] Matz-Soja et al., Hepatic Hedgehog signaling contributes to the regulation of IGF1 and IGFBP1 serum levels. Cell Commun Signal. 2014, 18;12:11.

Korrespondierender Autor: Kristin, Schönefeld

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