Wissenschaftler entdecken den geheimen Mechanismus, der Ihre Zellen am Leben erhält

Innerhalb jeder Zelle befinden sich Hunderte Tausende in kompakte Cluster gruppiert, die Nukleoiden bezeichnet werden. Forscher haben seit langem beobachtet, dass Nukleoiden in regelmäßigen Abständen innerhalb Mitochondrien angeordnet sind. Dieses geordnete Muster sorgt dafür, dass die mtDNA bei Zellteilung korrekt vererbt wird und ihre Gene gleichmäßig in den gesamten Mitochondrien exprimiert werden.

Warum Organisation der mitochondrialen DNA wichtig ist: Wenn Mitochondrien oder ihre DNA nicht richtig funktionieren, können Auswirkungen weitreichend sein. Störungen wurden mit metabolischen und neurologischen Erkrankungen Leberversagen Enzephalopathie sowie mit altersbedingten Krankheiten, darunter Alzheimer Parkinson, Verbindung gebracht.

Angesichts der zentralen Bedeutung der mitochondrialen DNA (mtDNA) versuchen Wissenschaftler seit langem zu verstehen, Zellen eine so präzise Anordnung Nukleoiden aufrechterhalten.

Diese Frage blieb bis jetzt unbeantwortet.

Diese Frage blieb bis jetzt unbeantwortet. „Vorgeschlagene Mechanismen Zusammenhang mit mitochondrialer Fusion, Fission oder molekularer Verankerung können dies nicht erklären, da Abstände Nukleoiden auch dann erhalten bleiben, wenn diese Prozesse gestört sind", sagt Suliana Manley, Professorin Labor für Experimentelle Biophysik (LEB) der EPFL. Entdeckung des mitochondrialen Pearlings Manley hat zusammen Juan Landoni, einem Postdoc am LEB, Mechanismus identifiziert, der für Verteilung der mtDNA verantwortlich ist.

Ihre Ergebnisse deuten auf einen Prozess hin, der als „mitochondriales Pearling" bezeichnet wird und der bisher übersehen worden war. Whrend dieser vorbergehenden Transformation nehmen Mitochondrien eine Form an, die an eine Perlenkette erinnert. Diese strukturelle Vernderung untersttzt Aufspaltung Verteilung Nucleoiden entlang Mitochondrien, wodurch ein konstanter Abstand erhalten bleibt.

Abbildung Um diesen Prozess Detail zu untersuchen, setzten Forscher eine Kombination aus fortschrittlichen Mikroskopietechniken ein, Mitochondrien und deren DNA innerhalb lebender Zellen zu beobachten. Zu diesen Methoden gehrten Super-Resolution-Mikroskopie sowie korrelierte Licht- Elektronenmikroskopie, ergnzt durch sanftere Verfahren wie Phasenkontrastmikroskopie.

Mit diesen Instrumenten konnte Team einzelne

Mit diesen Instrumenten konnte Team einzelne Nucleoide verfolgen, schnelle nderungen der mitochondrialen Form erfassen und ein besseres Verstndnis dafr gewinnen, wie ihre innere Struktur organisiert ist. Was whrend Pearling-Prozesses geschieht Live-Zell-Bildgebung zeigte, dass Pearling-Ereignisse mehrere Male Minute auftreten knnen.

In diesen Momenten bilden Mitochondrien entlang ihrer Länge eine Reihe gleichmäßig verteilter Einschnürungen. Abstand zwischen diesen perlenartigen Abschnitten entspricht nahezu dem üblichen Abstand zwischen Nukleoiden. Die meisten dieser „Perlen" enthalten Nukleoid in Mitte, wobei Strukturen sich jedoch auch ohne mtDNA bilden können.

Während Prozess fortschreitet, spalten größere Nukleoid-Cluster häufig in kleinere Gruppen auf, die sich in benachbarte Perlen einlagern. Sobald Mitochondrium wieder seine normale tubuläre Form annimmt, bleiben Nukleoid getrennt und bewahren ihre regelmäßige Verteilung. Was die mitochondriale Perlbildung steuert Forscher haben zudem Faktoren identifiziert, die diesen Prozess regulieren.

Durch genetische und pharmakologische Experimente stellten

Durch genetische und pharmakologische Experimente stellten sie fest, dass Einstrom Perlbildung auslösen kann. Auch innere Membranstrukturen tragen Aufrechterhaltung Nukleoid-Trennung bei. Wird einer dieser regulatorischen Elemente gestört, neigen Nukleoid dazu, sich zu verklumpen, anstatt gleichmäßig verteilt zu bleiben.

Ein wiedergefundener zellulärer Mechanismus „Seit Margaret Reed Lewis 1915 erstmals die mitochondriale Perlenbildung skizzierte, wurde sie weitgehend als eine Anomalie abgetan, die mit zellulärem Stress Verbindung steht", sagt Landoni. „Über Jahrhundert später stellt sich heraus, dass es sich um einen elegant konservierten Mechanismus Kern der mitochondrialen Biologie handelt.

Dieser biophysikalische Prozess bietet einen einfachen und energieeffizienten Weg Verteilung des mitochondrialen Genoms." Implikationen für Krankheiten und zukünftige Forschung Ergebnisse verdeutlichen, Zellen sowohl auf physikalische Prozesse als auch auf molekulare Systeme angewiesen sind, Ordnung aufrechtzuerhalten.

Verständnis Funktionsweise Regulation der mitochondrialen Perlenbildung

Verständnis Funktionsweise Regulation der mitochondrialen Perlenbildung könnte wichtige Einblicke Erkrankungen liefern, die mit mtDNA Verbindung stehen. Dieses Wissen könnte zudem zukünftige Strategien Behandlung änden, die mit mitochondrialer Dysfunktion einhergehen, maßgeblich beeinflussen. Referenz: „Pearling drives mitochondrial DNA nucleoid distribution", Matthew D.

Lycas, Josefa Macuada, Willi Stepp, Roméo Jaccard, Christopher J. Obara, Andrew S. Moore, David Hoffman, Jennifer Lippincott-Schwartz, Wallace Marshall, Gabriel Sturm Suliana Manley, 2. April 2026, Science. DOI: 10.1126/science.adu5646 Weitere Mitwirkende Pontificia Universidad Católica Chile Howard Hughes Medical Institute University California, Francisco