Die Entdeckung großer geschlechtsspezifischer Unterschiede in der Zellaktivität hat erhebliche Auswirkungen auf die Behandlung von Krankheiten

„Wir haben ein ausgeprägtes Muster entdeckt: ‚Männer kommen vom Mars, Frauen von der Venus‘“, erklärt Suzanne Edmands, Meeres- und Umweltbiologin.

Es bezieht sich nicht auf die menschliche Psychologie, sondern auf Mitochondrien, die zellulären Bestandteile, die für die Energieerzeugung verantwortlich sind.

Edmands, Professor für Biowissenschaften am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, veröffentlichte kürzlich Forschungsergebnisse im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften Dies zeigt große Unterschiede in der Genaktivität in den Mitochondrien von Männern im Vergleich zu Frauen.

Obwohl sich die Studie auf winzige Meeresorganismen namens Copepoden konzentriert, haben die Ergebnisse laut Edmands schwerwiegende Auswirkungen auf die Humanmedizin: „Das mitochondriale Genom dieser Tiere ähnelt unserem sehr: gleiche Gene, gleiche Funktionen und ähnliche Genomgröße.“ »

Hunderte menschlicher Krankheiten hängen mit dysfunktionalen Mitochondrien zusammen und beeinträchtigen Muskeln, Organe wie Leber und Bauchspeicheldrüse, das Gehirn und sogar Augen und Ohren. Beispiele hierfür sind Muskeldystrophie, Diabetes und Alzheimer.

Derzeitige Behandlungen für diese Krankheiten sind für Männer und Frauen weitgehend gleich, doch Edmands glaubt, dass seine Studie darauf hinweist, dass dieser Ansatz oft fehlerhaft ist.

„Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, geschlechtsspezifische mitochondriale Therapien zu entwickeln“, sagt sie.

Mitochondrien verhalten sich bei Männern und Frauen unterschiedlich

Wissenschaftler glauben, dass Mitochondrien aus einem einzelligen Organismus entstanden sind, der vor etwa 1,5 Milliarden Jahren von einem anderen verschluckt wurde. Im Laufe der Zeit haben sich diese Unterwasserorganismen darauf spezialisiert, Energie für ihre Wirtszellen zu produzieren. Diese symbiotische Beziehung erwies sich als so vorteilhaft, dass sie während der gesamten Evolution bestehen blieb.

Diese uralte Mischung aus zwei Organismen erklärt, warum Mitochondrien ihr eigenes Genom haben, das sich vom Zellkern unterscheidet.

Es wurde bereits festgestellt, dass die Genaktivität innerhalb der Mitochondrien je nach Geschlecht des Organismus variiert.

„Die mitochondriale Funktion kann zwischen Männern und Frauen unterschiedlich sein, die typischerweise unterschiedliche Energiebedürfnisse und Kompromisse haben“, sagt Edmands.

Doch Edmands wollte mehr über diese Geschlechterunterschiede wissen. Ziel seiner Studie war es herauszufinden, welche mitochondrialen Gene bei Männern und welche bei Frauen am aktivsten sind und wie diese Gene mit Kerngenen bei beiden Geschlechtern interagieren.

Um sicherzustellen, dass sie durch Mitochondrien verursachte Geschlechtsunterschiede beobachtete, untersuchte sie eine Copepodenart, der Geschlechtschromosomen fehlten.

Geschlechtschromosomen verursachen auch Unterschiede zwischen Frauen und Männern, und diese Auswirkungen auf Geschlechtschromosomen lassen sich nur schwer von geschlechtsspezifischen mitochondrialen Wirkungen trennen.

Mitochondrien-Studie zeigt große Geschlechterunterschiede

Edmands‘ Gruppe ist die erste, die die Auswirkungen von 37 Genen im mitochondrialen Genom testet, die sowohl Copepoden als auch Menschen gemeinsam haben.

Sie fand heraus, dass Männer eine höhere Aktivität auf allen mitochondrialen Protein-kodierenden Genen aufweisen als Frauen. Männer zeigen auch eine höhere Expression nuklearer und mitochondrialer Gene, die miteinander interagieren und den Energiestoffwechsel der Zellen beeinflussen.

Frauen hingegen weisen eine höhere Expression von Genen auf, die speziell mit der Produktion und Aufrechterhaltung von Mitochondrien zusammenhängen.

Warum sind diese Unterschiede signifikant? Obwohl Mitochondrien nur einen winzigen Bruchteil der im Zellkern vorkommenden DNA enthalten, zeigte die Studie, dass mitochondriale Gene Prozesse in allen 12 Chromosomen im Zellkern beeinflussten und einen Gesamteinfluss ausübten.

Darüber hinaus waren die mitochondrialen und nuklearen Gene, die interagierten, zwischen den Geschlechtern nahezu völlig unterschiedlich.

Tipps für mitochondriale Erkrankungen

Laut Edmands können die Ergebnisse dazu beitragen, Behandlungsansätze für mitochondriale Erkrankungen beim Menschen zu entwickeln, insbesondere die Mitochondrienersatztherapie. Bei dieser Technik werden defekte Mitochondrien aus der Eizelle einer Mutter durch gesunde Mitochondrien einer Spenderin ersetzt.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Austausch eines anderen Mitochondrientyps nicht mit einem Batteriewechsel vergleichbar ist“, sagt sie. „Unterschiede zwischen Spendermitochondrien und Kern-DNA können geschlechtsspezifische Auswirkungen auf das gesamte Genom haben.“

Das Verständnis darüber, welche nuklearen und mitochondrialen Gene interagieren, sowie die Unterschiede in diesen Interaktionen zwischen Männern und Frauen, könnte Ärzten dabei helfen, den richtigen Mitochondrientyp auszuwählen, um einen größeren Erfolg mit diesen Therapien zu gewährleisten.

Weitere mitochondriale Arbeit folgt

Edmands hofft, in zukünftigen Studien zusätzliche Methoden nutzen zu können, um geschlechtsspezifische Unterschiede in der Mitochondrienfunktion zu untersuchen. Sie glaubt, dass ihr Studiendesign, das Geschlechtschromosomen vermeidet, auch andere Wissenschaftler zu ähnlicher Forschung inspirieren könnte.

„Ich denke, Wissenschaftler werden feststellen, dass dies ein besonders überzeugender Beweis für geschlechtsspezifische mitochondriale Effekte auf die Genexpression ist, da dies nicht mit Auswirkungen auf Geschlechtschromosomen verwechselt wird“, sagte sie.