Mitochondrien sind kleine Körperchen in den Zellen, die in der Evolution aus Bakterien hervorgegangen sind und deshalb bis heute kleine eigene DNA-Moleküle (Mitochondrien-DNA oder mtDNA) besitzen. Die mtDNA ergänzt die Hauptmenge der DNA im Zellkern insbesondere um Funktionen, die mit der wichtigsten Aufgabe der Mitochondrien, der Energiegewinnung, zusammenhängen. Defekte der Mitochondrien-DNA sind die Ursache einer ganzen Reihe von Krankheiten. Betroffen sind dabei häufig Gewebe mit hohem Energiebedarf wie Muskeln und Nerven bzw. Gehirn. Da die mtDNA nicht den gleichen Vererbungsgesetzen unterliegt wie die DNA im Zellkern und gentechnischen Manipulationen nicht zugänglich ist, erweist sich die Erforschung solcher Krankheiten als schwierig.
Dr. Alessandro Prigione, Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin, ist die Herstellung sog. induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) gelungen; diese Zellen entstehen nach geeigneter Behandlung aus normalen Körperzellen, haben aber die Eigenschaften embryonaler Stammzellen, d. h. sie können sich zu einer Vielzahl von Zelltypen differenzieren. Wegen ihrer Herkunft aus normalen Körperzellen werfen sie aber nicht die gleichen ethischen Probleme auf wie embryonale Zellen.
Mithilfe der iPS-Technologie werden nun neue Modelle zur Erforschung von Mitochondriendefekten entwickelt. Aus Körperzellen von Patienten mit zwei Mitochondrienerkrankungen, die als LHON und KSS bezeichnet werden, stellt Dr. Prigione iPS her. Die Defekte der mtDNA, die zu diesen Krankheiten führen, sind bekannt. An den so gewonnenen Zellkulturen sollen mit molekularbiologischen, zellbiologischen und biochemischen Methoden folgende Fragen beantwortet werden:

• Verändert sich die mtDNA beim Übergang von den Körperzellen der Erkrankten zu iPS? Wie ist der Energiehaushalt dieser Zellen im Vergleich zu iPS von Gesunden verändert?

• Welche vom Normalzustand abweichenden Eigenschaften haben Muskel- und Nervenzellen, die man aus den iPS-Zellen der Patienten heranzüchtet?

• Mit welchen pharmazeutischen Wirkstoffen lässt sich die Mitochondrienfunktion in den undifferenzierten iPS sowie in den daraus herangezüchteten Muskel- und Nervenzellen beeinflussen?

Daraus können neue Aufschlüsse über die Zusammenhänge zwischen Defekten der mtDNA und den dadurch verursachten pathologischen Eigenschaften der Zellen gewonnen werden, um so neue Behandlungsmöglichkeiten für Mitochondrienbedingte Krankheiten zu eröffnen.