Dr. Douglas Wallace – Von Mitochondrien, Haplotypen & maternal Heteroplasmy

Mitochondria. Quelle: Wikipedia. Lizenz: Gemeinfrei

Heute geht es mal um Mitochondrien – einen Begriff den ich schon häufig hier erwähnt habe – und den wohl weltbesten Mitochondrien-Forscher, Dr. Douglas Wallace, dem gerade erst der Franklin-Award verliehen wurde (meist gibt es danach den Nobel-Preis).

Was sind Mitochondrien? Es sind ‘vereinfacht geschrieben’ die Energiekraftwerke in unseren (eukaryontischen) Zellen, welche ATP (unseren universellen und unmittelbar verfügbare Energieträger) produzieren.

Spannend ist nun für mich gewesen zu verstehen, welche unterschiedliche Rolle die DNA der Mitochondrien (Mitochondrial DNA -> mtDNA) und die der Zellen (Nuclear DNA -> nDNA) spielen. So wird meist, wenn über DNA, Gentherapie und genetische Faktoren & Vererbung gesprochen und berichtet wird implizit immer die nDNA gemeint – also die DNA des Zellkerns. Die Auswirkungen der mtDNA treten bzw. traten dabei in den Hintergrund.

Dr. Douglas Wallace & die Wichtigkeit der mtDNA

Nach Dr. Douglas Wallace sind ca. 80% der genetisch bedingten Krankheiten mtDNA und nicht nDNA verursacht (-> ‘mitochondrial heteroplasmy‘ – in Deutsch Mitochondriopathie). Wichtig ist zu verstehen, das es tausende von Mitochondrien pro Zelle gibt, und das die Mutationsrate von Mitochondrien alleine dadurch schon höher ist. Dabei soll die Evolutionsrate ca. 10-20 mal höher und die Mutationsrate ca. 100-1000 mal höher sein als die der nDNA. In der Forschung wird auch immer klarer, das die Fehlfunktionen von Mitochondrien (und damit unserer Energieproduktion) weitreichende Auswirkungen auf viele Krankheitsbilder haben (u.a. degenerative Krankheiten, Alterung und Krebs) [1].

Ganz wichtig: Die mtDNA wird rein mütterlicherseits vererbt (‘maternal inheritance’) – also nicht wie die nDNA, welche eine ‘mix’ aus der nDNA von Mutter und Vater ist. Möchte man viele erbliche Krankheiten verstehen ist es also sehr wichtig über Erkrankungen bei den mütterlichen Vorfahren bescheid zu wissen. Der Anteil an der Schädigung der mitochondrialen DNA gegenüber einer intakten Referenz-mtDNA wird dann auch als percent Heteroplasmy‘ benannt [1] und folgend berechnet:

“Aligned all mtDNA genomes against the reference sequence. Any deviance at a specific position from the reference was a “mutation”. The % heteroplasmy was calculated by dividing the total number of mutations at a certain nucleotide position by the total number of genomes represented at the position multiplied 100.” [2]

So können nach Wallace subtile mitochondriale Fehlfunktionen (bzw. Defizite) Organ-Spezifische Auswirkungen haben. Das ganze kreiert dann auch ein Dilemma für Mütter, welche Ihre eigene mtDNA an den Nachwuchs vererben. Ist diese Homoplasmisch (wenn eine Mutation bereits alle Mitochondrien-Kopien einer Zelle gleichermaßen betrifft) dann hilft auch eine Pränataldiagnostik nicht:

 “Obviously, all forms of prenatal diagnosis are useless for a woman harboring a homoplasmic mtDNA mutation because all of her fetuses will inherit her mutation.” [3]

Weil – so wie ich Wallace verstehe – klar ist, das die Mutation mütterlicherseits vererbt wird. Was mir jedoch noch unklar ist, wie dann die im Leben erworbenen mtDNA-Defekte bzw. Mutationen über die Eizelle in den Nachwuchs vererbt werden. Da ich aktuell nichts in Planung habe, habe ich davon abgesehen das auch noch zu recherchieren 😉

‘Historische’ adaptive Polymorphismen -> Haplotypen

Haplotypes & Ausbreitung Quelle

Als Haplotypen werden die verschiedenen ‘historischen’ mtDNA Mutationen bezeichnet, welche sich in den letzten ca. 200.000 Jahren bei der Migration der ersten neuzeitlichen Menschen aus Afrika gebildet haben und die weitervererbt wurden. Meist hat sich dabei eine mtDNA Variante durchgesetzt (vererbt) die auf die neuen regionalen Anforderungen optimal (bzw. besser) adaptiert war.

Nach Dr. Doug Wallace (Video, min. 15:57) haben die verschiedenen Halpotypen eine unterschiedliche Kopplungseffizienz (‘coupling efficiency’) bei der Energieproduktion. Menschen mit nordeuropäischen Haplotypen erzeugen weniger ATP pro Kalorie (jedoch mehr Wärme -> Lose gekoppelte, min 44:09 im Video) im Vergleich zu den afrikanischen Ur-Typen (Eng-gekoppelt -> Mehr ATP). Der Hintergrund: Im kaltem Nordeuropa war die körpereigene Wärmeproduktion ein Überlebensvorteil – in Afrika war es besser schnell vor einem Löwen weg rennen zu können (nach Dr. Wallace – mit seinem sehr pointiertem trockenem Humor). So lässt sich über die mtDNA auch die Migration der Menschen über den Globus recht gut nachvollziehen, wie es Nebenstehendes Bild aufzeigt.

Vortrag von Dr. Wallace

Ein gutes Video zum Einstieg bei Wallace ist das folgende – in den Links am Ende dieses Blogpost finden sich dann auch noch einige andere Videos von ihm. Meine Einführung in die grobe Thematik sollte dann auch das folgende Video etwas verständlicher machen – denn ich hatte anfangs einige Probleme das Video ohne diese Grundlagen beim ersten anschauen sofort zu verstehen.

Dr. Doug Wallace – Talk from 8th Annual Oliver Smithies Symposium

Dieses Video ansehen auf YouTube.

Auswirkungen der mtDNA Mutationen

Dr. Wallace und auch Dr. Kruse geben in Ihren Vorträgen dann u.a. die sich stark veränderten Umweltfaktoren in Bezug auf nnEMF (Mensch gemachte Mikrowellen, Mobilfunk & Co.), Ernährung (Pestizide, hohe Verarbeitung der Nahrung, geänderte Nahrungsgewohnheiten), etc. pp. als Verstärker für die mtDNA Mutationen mit wohl zunehmend negativen Auswirkungen an. Schädigungen bzw. Mutationen der mtDNA können schwerwiegende Folgen haben, wenn dieses zur Regel wird. U.a. [4]:

  • Verlust der Instandhaltung des elektrischen und chemischen Transmembranpotentials der inneren Mitochondrien-Membran,
  • Veränderungen in der Funktion der Elektronentransportkette oder
  • eine Reduktion im Transport wichtiger Metaboliten in die Mitochondrien.

All diese Veränderungen haben dann eine reduzierte Effizienz in der oxidativen Phosphorylierung und eine Reduktion in der ATP-Produktion zur Folge. Und weniger Energie bedeutet mehr Krankheiten, metabolische Entgleisungen und irgendwann den (vorzeitigen) Tod.

Interessant fand ich dann noch, das wohl mit der Supplementation bzw. Zufuhr von ausreichend Phospholipiden (u.a. Cholin), Coenzym Q10, NADH, L-Carnitin und α-Liponsäure Verbesserungen in der mitochondrialen Funktion erreicht werden können [4][5][8]. Auch die Gabe von Kreatin soll sich wohl positiv auswirken können [6]. Das alles ist jedoch auch für mich ein sehr neues Thema über das ich aufgrund von Beiträgen und Podcasts mit Dr. Kruse gestoßen bin. Mal schauen ob ich es in der Zukunft vertiefen werde.

Gedanken zur mütterlichen Vererbung der mtDNA

Ich denke der Allgemeinheit ist noch gar nicht klar wie wichtig die Gesundheit & Lebensführung, insbesondere der Mütter, für den späteren Nachwuchs ist.

Gerade die neuen Risiken: Mensch gemachte (non-native) EMF, künstliches Blaulicht, energiearme und hoch verarbeitete Ernährung, Zusatz- und Giftstoffe, eine weitere Verdichtung des Arbeitslebens (->Stress) und zu wenig ‘Auslauf’ unter der Sonne sind nach meiner Ansicht (neben anderen) Treiber dieser Entwicklung. Anders kann ich mir die epidemieartige Ausbreitung der Zivilisationskrankheiten kaum noch erklären. Zwar bin ich der Meinung das die Ernährung eine wichtige Rolle spielt, alles ist mit dieser jedoch nicht richtbar. Die Umweltfaktoren wiegen ggf. schwerer als ich bisher angenommen hatte – und eine gute (bzw. weniger schlechte) Ernährung verlangsamt dann nur den Verfall.

Fazit

Klassische Genetik war gestern – mitochondriale Genetik ist heute. Das ganze spielt dann auch noch zusammen mit der Epi-Genetik, also Veränderungen der nDNA aufgrund von Umweltfaktoren und in Interaktion mit der mtDNA (‘bidirectional crosstalk’) [7].

Für mich zeigt das ganze auf wie schnell sich unsere Genetik aufgrund von Umweltfaktoren auch negativ ändern kann – inkl. Vererbung dieser (mitochondrialen) Krankheiten. Angesichts der sich in den letzten Jahrzehnten krass verändernden Umwelt schwant mir selber nichts gutes.

Positiv sehe ich hingegen das alles was wir täglich machen, wo wir leben, mit was wir uns umgeben, was und wie wir denken und was wir essen – einen Einfluss auf unsere mtDNA und die Epi-Genetik hat. Das gibt mir zumindest zum Teil die (illusiorische?) Vorstellung einer gewissen Kontrolle über mein Leben, meine Vitalität und meine Zukunft. Und das stimmt mich positiv in dem was ich tue und hier zum Teil dokumentiere 🙂

 


Videos

Quellen

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