Mitochondrien können schon zu einem frühen Zeitpunkt selbst erkennen, ob sie gestresst sind, und entsprechende Maßnahmen einleiten, um weitere Schäden zu vermeiden. Das hat ein Forschungsteam der Universitäten Freiburg und Heidelberg entdeckt. Mitochondrien versorgen Zellen mit Energie, weshalb sie auch „Kraftwerke der Zelle“ genannt werden. Gleichzeitig entstehen in ihnen reaktive Sauerstoffverbindungen, kurz ROS, die bei Alterungsprozessen und zahlreichen Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Mitochondrien sich selbst überwachen können, noch bevor sich die Schäden auf die übrige Zelle ausweiten“, sagt Prof. Dr. Chris Meisinger, Professor für Biochemie an der Universität Freiburg und Mitglied des Exzellenzclusters CIBSS – Centre for Integrative Biological Signalling

Bisher ging die Forschung davon aus, dass Mitochondrien erst dann Alarm schlagen, wenn ihre Schäden bereits so stark sind, dass Stresssignale aus den Mitochondrien in das Cytosol austreten. Das Forschungsteam um Meisinger und Prof. Dr. Nora Vögtle, Professorin für Molekularbiologie an der Universität Heidelberg und Mitglied des Exzellenzclusters CIBSS – Centre for Integrative Biological Signalling, konnte nun aber zeigen, dass Mitochondrien schon deutlich früher reagieren: Bereits geringer oxidativer Stress aktiviert ein bisher unbekanntes Frühwarnsystem in ihrem Inneren. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Molecular Cell erschienen.

Proteinaggregate als Warnsignal

Im Mittelpunkt der Studie stehen zwei Enzyme, die normalerweise neu importierte Proteine in den Mitochondrien verarbeiten. Unter mildem oxidativem Stress verlieren diese Enzyme jedoch ihre Funktion. Dadurch entstehen Proteinaggregate im Inneren der Mitochondrien, die als Warnsignal dienen und eine Schutzreaktion der Zelle auslösen – die sogenannte mitochondriale Stressantwort (UPR^mt).

Das Forschungsteam entwickelte für seine Studie ein neues experimentelles Modell in Hefezellen, das kontrolliert geringe Mengen Wasserstoffperoxid direkt in den Mitochondrien erzeugt. Anders als bisherige Methoden ahmt dieses System natürliche Alterungs- und Stressprozesse wesentlich realistischer nach. Neben Forschenden der Universitäten Freiburg und Heidelberg waren an der Studie auch Mitglieder der Universität Münster und der Universität Stockholm beteiligt.

Neue Ansätze für Therapien

Die neuen Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis altersbedingter Erkrankungen und mitochondrialer Fehlfunktionen, sagt Vögtle: „Wir gehen davon aus, dass ähnliche Mechanismen auch in menschlichen Zellen existieren, so dass unsere Ergebnisse langfristig neue Ansätze für Therapien bei neurodegenerativen Erkrankungen oder Stoffwechselstörungen eröffnen.“

Originalpublikation:

Asli Aras Taskin, Sahana Shankar, Carlotta Peselj, Annette Flotho, Maria Gomez-Fabra Gala, Daniel Poveda-Huertes, Lisa Myketin, Duygu Mutlu, Adinayarana Marada, Sebastian Schuck, Mandy Jeske, Sabrina Büttner, Marcin Luzarowski, Chris Meisinger & F.-Nora Vögtle (2026): Uncovering the initial response: Intra-mitochondrial surveillance activates the UPRmt. Molecular Cell 86. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.05.002

CIBSS Profil von Prof. Dr. Chris Meisinger

CIBSS Profil von Prof. Dr. Nora Vögtle

Originale Pressemitteilung der Universität Freiburg

Weitere Informationen

• Prof. Dr. Chris Meisinger ist Professor für Biochemie an der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg. Seit 2019 ist er Sprecher des Freiburger Sonderforschungsbereichs (SFB1381) „Dynamische Organisation zellulärer Proteinmaschinerien: Von der Biogenese und modularen Assemblierung zur Funktion“. Prof. Dr. Nora Vögtle ist Professorin für Molekularbiologie an der Universität Heidelberg und als Vorstandsmitglied an dem Sonderforschungsbereich 1381 beteiligt
• Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.