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Zusammenhang zwischen mitochondrialen Schäden und Osteoporose

Dienstag 11 Juni 2019

Mitochondriale Schäden wirken sich nicht nur auf die Energieerzeugung aus, sondern stimulieren auch die Umwandlung von Makrophagen in Osteoklasten, was zu Osteoporose führt. Die Studie wurde im FASEB Journal veröffentlicht.

 

Einige Risikofaktoren für Osteoporose (Knochenentkalkung) sind unvermeidlich. So sind beispielsweise Frauen im höheren Alter stärker gefährdet und erbliche Vorbelastung kann eine Rolle spielen. Andere, beeinflussbare Faktoren wie Rauchen, Alkohol und bestimmte Medikamente fördern nicht nur Osteoporose, sondern können auch Schäden an Mitochondrien verursachen. Wie hängt dies alles miteinander zusammen? Das ist momentan noch nicht vollständig geklärt.


Eine neue Studie der Penn’s School of Veterinary Medicine zeigt jedoch, wie Risikofaktoren wie Rauchen und Alkohol mit mitochondrialen Schäden und Osteoporose assoziiert sind. Die Studie verdeutlicht, dass eine Schädigung der Mitochondrien ein Stresssignal bei Makrophagen auslöst und diese dazu anregt, sich in Osteoklasten zu verwandeln, wodurch ein erhöhter Knochenabbau ausgelöst wird. Die Studie wurde im FASEB Journal veröffentlicht. [1]


Rolle von Makrophagen bei mitochondrialen Schäden

Makrophagen stehen an der vordersten Front des Immunsystems und versuchen, fremde Eindringlinge so schnell wie möglich zu neutralisieren, indem sie sie auffressen (Phagocytose). Makrophagen können sich aber auch diversifizieren, um sich beispielsweise in Osteoklasten zu verwandeln, wenn es die Umstände erfordern.


Um zu untersuchen, wie mitochondriale Schäden durch Makrophagen mit Osteoporose in Zusammenhang stehen, hatten die Forscher das Schlüsselenzym Cytochromoxidase C in den Mitochondrien von Mäusen gezielt beschädigt. Dieses Enzym ist für die Energieerzeugung in den Mitochondrien verantwortlich. Dies führte zu einer Stresssignalisierung an Makrophagen, die daraufhin eine Vielzahl von Signalmolekülen freisetzten, die mit entzündlichen Reaktionen assoziiert sind. Darüber hinaus schien sie der Schaden außerdem dazu anzuregen, sich in Osteoklasten zu verwandeln.


RANK-L weniger aktiv

Weiterhin entdeckten die Forscher eine Anomalie bei einem anderen Schlüsselmolekül: RANK-L, das dazu beiträgt, das Gleichgewicht zwischen Knochenauf- und -abbau aufrechtzuerhalten. Es wird bei Bedarf freigesetzt, um den Knochenabbau zu stimulieren. Die Forscher stellten fest, dass sich die Makrophagen bei geschädigten Mitochondrien auch dann viel schneller in Osteoklasten umwandelten, wenn nur wenige RANK-L-Moleküle vorhanden waren. Das lässt ihrer Ansicht nach den Schluss zu, dass mitochondriale Stresssignalisierung die Funktion von RANK-L übernimmt und Makrophagen dazu anregt, sich viel schneller in Osteoklasten zu verwandeln. [2]


Diese Vermutung untermauerten die Forscher in einem weiteren Mausmodell, in dem sich erneut zeigte, dass Tiere mit dysfunktionalen Mitochondrien in der Tat eine erhöhte Produktion von Osteoklasten aufwiesen. Daher schlussfolgern die Forscher, dass sie möglicherweise den Weg, auf dem mitochondriale Schäden Osteoporose fördern können, nachgewiesen haben: Die Osteoporose könnte durch Stresssignale von Makrophagen und deren Transformation in Osteoklasten verursacht werden.


Mitochondriale Gesundheit

Die vorliegende Studie bestätigt die Bedeutung gesunder, gut funktionierender Mitochondrien. Funktionsstörungen können vor allem durch lebensstilbedingte Faktoren verursacht werden. Daher ist es nicht nur wichtig, auf Rauchen zu verzichten und Alkohol nur gemäßigt zu konsumieren, sondern es kommt auch entscheidend auf eine umfassende Lebensstilintervention an. Erstens können nüchterne Bewegung und aerobes (Kraft-) Training helfen, die Mitochondrien zu vermehren. Zweitens liefert eine optimale Ernährung die für eine normale mitochondriale Funktion notwendigen Makro- und Mikronährstoffe.


Bronnen

[1] Rajesh Angireddy et al, Cytochrome c oxidase dysfunction enhances phagocytic function and osteoclast formation in macrophages, The FASEB Journal (2019). DOI: 10.1096/fj.201900010RR

[2] https://medicalxpress.com/news/2019-05-link-mitochondrial-osteoporosis.html

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