Ein Wissenschaftlerteam des CECAD-Exzellenzclusters der Universität zu Köln (CECAD - Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases) unter der Leitung von Hamid Kashkar hat herausgefunden, dass neue Aussprossungen von Blutgefäßen während der Entwicklung, der Wundheilung oder des Tumorwachstums durch zellulären Energiestoffwechsel mit Beteiligung von mitochondrialen Atmung, gesteuert werden. Die Mitochondrien, auch Kraftwerke der Zelle genannt, versorgen den Organismus mit Lebensenergie. Die Endothelzellen, die eine dünne Schicht innerhalb der Gefäße aufbauen, nutzen die mitochondriale Energieproduktion, wie in dieser Studie gezeigt wurde. Der Immunologe Kashkar und sein Team liefern hier den genetischen Beweis für die Notwendigkeit der mitochondrialen Atmung während der Angiogenese - der Bildung neuer Sprossen von Gefäßen - und werfen ein neues Licht auf die metabolische Kontrolle der Gefäßbildung während der Entwicklung, der Gewebereparatur und der Krebsentstehung.

Der Rückgang der mitochondrialen Aktivität in Endothelzellen könnte eine wichtige Rolle bei der Alterung und alterungsbedingten Krankheiten, aber auch beim Tumorwachstum spielen und daher in Zukunft ein Schwerpunkt für therapeutische Behandlungen werden. Die Studie "Mitochondrial respiration controls neoangiogenesis during wound healing and tumour growth" wurde in Nature Communication veröffentlicht.

Blutgefäße bleiben während des gesamten Erwachsenenlebens überwiegend ruhig, besitzen aber die Fähigkeit, als Reaktion auf Verletzungen oder unter pathologischen Bedingungen wie Tumorwachstum rasch neue Verzweigungen zu bilden (Neoangiogenese), die eine zusätzliche Blutversorgung erfordern. Die innere Oberfläche der Blutgefäße ist von einer dünnen Schicht von Endothelzellen mit bemerkenswerter funktioneller Plastizität ausgekleidet, die rasch von einem ruhenden in einen stark angiogenen Zustand übergehen können. Dieser angiogene Schalter wurde lange Zeit als hauptsächlich durch vaskuläre Wachstumsfaktoren gesteuert betrachtet.

Das Kölner Forscherteam untersuchte die physiologische Rolle der mitochondrialen Atmung in Blutgefäßen in Zellkulturen und Mäusen. Kashkars Gruppe zeigte, dass die mitochondriale Atmung für die Neoangiogenese erforderlich ist.
„Wir fanden heraus, dass eine gefäßspezifische Blockade der mitochondrialen Funktion bei Mäusen zur embryonalen Letalität führt. Im Gegensatz dazu konnten wir bei erwachsenen Mäusen ohne endotheliale mitochondriale Atmung keine offensichtliche Veränderung feststellen. Diese Mäuse zeigten jedoch eine verlangsamte Wundvaskularisierung und -heilung sowie ein vermindertes Tumorwachstum und eine verminderte Angiogenese". erklären Lars Schiffmann und Paul Werthenbach, die Erstautoren der Studie.

„Die fehlende mitochondriale Aktivität in Endothelzellen unter normalen Bedingungen mit geringem Energieverbrauch verursacht nicht primär eine vaskuläre Veränderung. Im Gegensatz dazu sind Endothelzellen, die mit hohem Energiebedarf und unter schwierigen Nährstoffbedingungen während der Gewebereparatur oder des Tumorwachstums sprießen, in hohem Maße von der mitochondrialen Funktion abhängig", fügt Hamid Kashkar hinzu.
Die aktuelle Studie stellt die Hypothese auf, dass die fortschreitende Abnahme der mitochondrialen Aktivität bei Alterung und alterungsassoziierten Krankheiten die Angiogenese und damit die Regenerationsfähigkeit der alternden Gewebe reduziert. Unabhängig davon könnte die gezielte Beeinflussung der Blutgefäße von Tumoren durch mitochondriale Wirkstoffe eine wertvolle Krebstherapie darstellen und sollte in Zukunft erforscht werden.

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Professor Dr. Hamid Kashkar
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Publikation:
DOI: 10.1038/s41467-020-17472-2