The mitochondrial protein profile changes during the aging process
Man nimmt an, dass die Anreicherung von Mitochondrien mit mutiertem Genom maßgeblich am Alterungsprozess beteiligt ist. Um die Auswirkung der mtDNA-Veränderungen bei der Alterung auf Proteinebene zu erforschen, wurde das mitochondriale Proteom während des Alterns anhand eines Mausmodells untersucht. Vor der Untersuchung des Proteoms wurde durch histochemische Färbung nachgewiesen, dass die Zytochrome C Oxydase Aktivität bei alten im Gegensatz zu jungen Mäusen im Muskelgewebe abnimmt. Dies bestätigt, dass die Lebensspanne der Maus für die Untersuchung der mitochondrialen Alterung ausreicht. Aus dem Gehirn und der Leber von Mäusen wurden Mitochondrien an sechs unterschiedlichen Zeitpunkten isoliert. Mitochondriale Proteine wurden mit einer sequenziellen Extraktionsstrategie extrahiert. Großgel 2D-Elektrophorese (2DE) und Westernblots wurden für die Analyse der Proteine verwendet. Die Expression von zwei Untereinheiten des Komplexes I und einer Untereinheit des Komplexes IV der Atmungskette nahm mit zunehmendem Alter ab. Eine Untereinheit von Komplex III, eine Untereinheit von Komplex V und ein mitochondrial-ribosomales Protein zeigten ein erhöhtes Expressionsniveau im Alter. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen von Komponenten der Komplexe I und IV der Atmungskette in alterndem Gewebe durch Feedbackregelung anderer Proteinkomplexe in der Atmungskette begleitet wird. Die Herunterregulierung des 10 kDa mitochondrialen Hitzeschock-Proteins deutet auf ein erhöhtes Niveau an oxidativem Stress im alternden Mausgehirn und in der Leber hin. Die Erhöhung der Expression des mitochondrien-assozierten alpha-Synuclein im Gehirn könnte auf eine erhöhte Anfälligkeit zur Bildung von Proteinaggregaten mit fortschreitendem Alter hindeuten. Die Abnahme des mitochondrien-assoziierten Regucalcin in der Leber weist auf eine gesenkte mitochondriale Pufferungsfähigkeit für Kalziumionen hin. Ein mathematisches Modell wurde entwickelt, um die Anhäufung von defekten Mitochondrien während des Alterns zu simulieren. Mit den experimentell erhobenen Daten aus der Großgel 2DE wurde eine mtDNA Mutationsrate von 1.2x10-8 pro Gen und Tag abgeschätzt. Diese Mutationsrate ist groß genug, um eine Anreicherung von defekten Mitochondrien innerhalb der Lebensspanne einer Maus zu verursachen. Die experimentellen Daten unterstützen die Hypothese, dass sich mitochondriale Veränderungen mit dem Alter anreichern. Dies erklärt mitochondriale Funktionsstörungen und die Zunahme von oxidativen Stress während des Alterns.
Networked Digital Library of Theses and Dissertations