Mitochondriale Funktion und Morphologie bei PINK1-assoziiertem Parkinson-Syndrom

Fragestellung: Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung funktioneller und morphologischer Konsequenzen von Mutationen im PTEN-induced kinase 1 (PINK1) Gen in Fibroblastenkulturen von M. Parkinson (MP) Patienten.

Methoden: Wir untersuchten 4 Mitglieder der Familie W mit der homozygoten „nonsense“-Mutation c.1366C>T (Durchschnittsalter (DSA): 70,3±5,0a) und eine Patientin mit der homozygoten „missense“-Mutation c.509T>G in PINK1 (Alter: 70a). Die Studie beinhaltete 3 gesunde Mitglieder der Familie W (DSA: 40,0±5,6a) und 5 unabhängige Kontrollen (DSA: 64,8±13,1a). Die Fibroblastenkultivierung erfolgte unter Standardbedingungen sowie unter Paraquateinfluss (PQ). Die Aktivitäten der Komplexe I-IV (CI-IV) der Atmungskette wurden spektrophotometrisch an Mitochondrienpräparaten gemessen. Zur Bestimmung der zellulären ATP-Konzentration [ATP] kam ein luminometrischer Kit zum Einsatz. Das mitochondriale Membranpotential (mMP) wurde mittels JC-1 detektiert. Zur Messung der zellulären Glutathionkonzentration [GSH] diente dHPLC. Zur Quantifizierung der mitochondrialen DNA-Konzentration [mDNA] wurde eine Sequenz im Bereich des „D-Loop“ mittels SYBR Green-PCR amplifiziert. Die mitochondriale Morphologie wurde elektronenmikroskopisch untersucht.

Ergebnisse: Für die „nonsense“-Mutationsträger haben wir keine signifikanten Unterschiede im Vergleich zu Kontrollindividuen bzgl. der Aktivität von CI-IV festgestellt. Allerdings wies die „missense“-Probe bezogen auf den Wildtypdurchschnitt eine um 112% erhöhte CII+III-Aktivität und eine um 43% verringerte CIV-Aktivität auf. Die durchschnittliche [ATP] der „nonsense“-Fälle betrug 75% der Kontrollgruppe (p≤0,01). Das mMP wich nach Kultivierung mit dem Stressor PQ für die c.509T>G Probe vom durchschnittlichen Kontrollwert um -31% ab. Die [GSH]-Messung lieferte eine Zunahme von 66% für die Kontrollgruppe und von 148% für die „missense“-Probe nach der Behandlung mit PQ. Bzgl. der [mDNA] wurden bei normaler Kultivierung keine Unterschiede festgestellt. Die „missense“-Probe zeigte eine veränderte mitochondriale Morphologie.

Schlussfolgerungen: Unsere Daten bestätigten das Ergebnis einer früheren Studie, in der eine verringerte [ATP] in Drosophila nach PINK1-“knockdown“ nachgewiesen wurde. Ein Zusammenhang zwischen oxidativem Stress und einem CI-Defekt konnte in den peripheren Zellen der MP-Patienten nicht hergestellt werden, dennoch wurden Veränderungen sowohl in der mitochondrialen Funktion als auch in der Morphologie festgestellt.