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Auswirkungen des Alterns auf die Nieren- und Mitochondrien-Gesundheit

Alterung wirkt sich erheblich auf die Nierenfunktion und die Mitochondrienstrukturen aus, was Gesundheitsrisiken mit sich bringt.

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Die Nieren sind wichtige Organe, die hauptsächlich dafür bekannt sind, Abfallstoffe aus dem Körper zu entfernen. Sie machen aber noch viel mehr; sie helfen auch dabei, Signale zu senden, die andere Funktionen wie den Blutdruck beeinflussen. Wenn die Nieren nicht richtig funktionieren, kann das zu plötzlichem Nierenversagen oder chronischen Nierenerkrankungen führen, die verschiedene Ursachen haben können. Viele Leute wissen vielleicht gar nicht, dass sie Nierenprobleme haben, was es schwierig macht, zu erkennen, wie weit verbreitet diese Krankheiten wirklich sind. Die schlechten Ergebnisse von Nierenerkrankungen und ihre Verbindungen zu anderen Gesundheitsproblemen, wie Herzkrankheiten, zeigen, warum es wichtig ist, bessere Behandlungen zu finden.

Die Bedeutung von Mitochondrien

Mitochondrien sind winzige Strukturen innerhalb der Zellen, die eine Menge wichtiger Arbeiten leisten, die über die blosse Energieproduktion hinausgehen. Sie helfen bei der Kommunikation zwischen Zellen, regulieren den Calciumspiegel und steuern den Zelltod. Sie spielen auch eine Rolle bei der Erzeugung eines wichtigen Energiemoleküls. Wenn Mitochondrien nicht richtig funktionieren, kann das die Nierengesundheit beeinträchtigen und zu Problemen in anderen Organen führen, die viele Mitochondrien haben, wie Herz und Muskeln. Obwohl die Forschung dazu, warum Mitochondrien in verschiedenen Krankheiten versagen, noch läuft, ist klar, dass sie entscheidend für das Verständnis der Nierengesundheit sind.

Nierenerkrankungen und mitochondriale Dysfunktion

Studien haben herausgefunden, dass Probleme mit Mitochondrien oft bei Nierenerkrankungen eine Rolle spielen. Zum Beispiel sind mitochondriale Probleme bei Erkrankungen wie akutem Nierenversagen und chronischen Nierenerkrankungen bedeutend. Es gibt viele Faktoren, die zu diesen Krankheiten führen können, und zu verstehen, wie Mitochondrien dabei eine Rolle spielen, kann hilfreich sein. Daher könnte die Forschung an Mitochondrien helfen, bessere Behandlungsmöglichkeiten für Nierenerkrankungen zu finden.

Altern und Nierengesundheit

Alterung ist einer der grössten Risikofaktoren für Nierenerkrankungen. Wenn Menschen älter werden, verlieren Mitochondrien in allen Organen, einschliesslich der Nieren, ihre Effektivität. Forschungen an älteren Mäusen haben gezeigt, dass deren Nieren Probleme im Zusammenhang mit ihren Mitochondrien hatten, wie z.B. Lecks, die zu Energieverlust führen. Ausserdem funktioniert der Prozess, der beschädigte Mitochondrien entfernt, in älteren Nieren nicht so gut. Es ist jedoch noch unklar, wie genau das Altern zu mitochondrialem Versagen führt und wie dies mit Veränderungen in der Nierenstruktur zusammenhängt.

Mitochondriale Veränderungen mit dem Alter

Bei der Untersuchung der Struktur von Mitochondrien in jungen und alten Nieren verwendeten die Forscher Methoden, die detaillierte 3D-Bilder liefern. Sie fanden heraus, dass junge Mäuse gesündere Mitochondrien haben, während ältere Mäuse Veränderungen zeigen, wie grössere Mitochondrien mit weniger inneren Falten, die für die Energieproduktion wichtig sind. Diese Veränderungen könnten auf eine Schwellung der Mitochondrien hindeuten, aber es ist wichtig, diese Aspekte weiter zu untersuchen, um ihren Einfluss auf die Nierenfunktion zu verstehen.

Auswirkungen des Alterns auf die Nierenfunktion

Mit dem Alter können die Nieren Fibrose entwickeln, eine Ansammlung von narbenartigem Gewebe, die ihre Funktion schädigen kann. Studien zeigen, dass ältere Nieren nicht nur mehr Fibrose aufweisen, sondern auch höhere Werte von Markern, die auf oxidativen Stress hinweisen, was Zellen schädigen kann. Dieser altersbedingte Schaden deutet darauf hin, dass Mitochondrien und ihre Struktur beeinträchtigt sind, was Auswirkungen auf die Nierengesundheit und -funktion hat.

Fortgeschrittene Bildgebungstechniken

Um diese Probleme gründlich zu untersuchen, verwendeten die Forscher fortgeschrittene Bildgebungstechniken, die eine detaillierte Analyse von Nierengewebe und Mitochondrien ermöglichen. Eine Methode, die SBF-SEM genannt wird, lieferte klare 3D-Bilder, die zeigten, wie Mitochondrien in alten Nieren in Bezug auf Grösse und Aussehen betroffen sind. Mit dieser Methode konnten die Wissenschaftler Veränderungen beobachten, die 2D-Bilder möglicherweise übersehen würden, was mehr Einblick in die Auswirkungen des Alters auf die Nierenfunktion bietet.

Verlust mitochondrialer Strukturen

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Altern zu Veränderungen in mitochondrialen Strukturen führt, die die Funktionalität verringern, was zu Nierengesundheitsproblemen beitragen könnte. Die Forscher stellten eine Vielzahl von mitochondrialen Formen in beiden Proben fest, was darauf hindeutet, dass alte Nieren Stress ausgesetzt sind, aber einige Bereiche zeigen einzigartige Formen, die möglicherweise nicht so betroffen sind.

Mitochondriale Kontaktstellen

Mitochondrien haben Bereiche, die MERCs genannt werden und helfen, die Calciumspiegel zu regulieren und sind mit dem endoplasmatischen Retikulum verbunden. In älteren Nieren scheint es weniger dieser Kontaktstellen zu geben. Dieser Verlust könnte das Calciumsignal negativ beeinflussen und möglicherweise zur Nierenerkrankung beitragen, während das Alter fortschreitet.

Stoffwechsel und Nierengesundheit

Die Studie betrachtete auch die Veränderungen im Gesamtstoffwechsel der Nieren aufgrund des Alterns, wobei Probleme im Zusammenhang mit Aminosäuren und deren Rolle bei der Energieproduktion hervorgehoben wurden. Veränderungen in der Verarbeitung bestimmter Aminosäuren können Anzeichen dafür sein, wie das Altern die Nierenfunktion beeinträchtigt. Zum Beispiel werden einige wichtige Stoffwechselwege gestört, was zu einer weniger effektiven Nierenleistung führt.

Lipidveränderungen mit dem Alter

Forschungen haben ergeben, dass sich die Arten von Fetten in den Nieren mit dem Alter ebenfalls verändern, was die allgemeine Nierengesundheit und -funktion beeinflusst. Diese Lipide sind entscheidend für die Aufrechterhaltung gesunder Zellmembranen und dafür, dass die Mitochondrien gut funktionieren. Wenn das Gleichgewicht dieser Lipide nicht stimmt, könnte dies weiter zum Rückgang der Nierengesundheit im Alter beitragen.

Zusammenfassung der Ergebnisse

Zusammenfassend hat der Alterungsprozess erhebliche Auswirkungen auf die physischen und funktionalen Aspekte der Nieren, verändert mitochondriale Strukturen, den Stoffwechsel und die Lipidprofile. Mit dem Alter erfahren die Nieren verschiedene Veränderungen, die ihre Fähigkeit beeinträchtigen können, effizient zu funktionieren, was das Risiko erhöht, Erkrankungen wie akutes Nierenversagen und chronische Nierenerkrankungen zu entwickeln. Der Verlust wichtiger mitochondrialer Komponenten und mitochondriale Dysfunktion sind wichtige Forschungsgebiete, die in Zukunft zu neuen Behandlungsstrategien führen könnten.

Zukunftsperspektiven in der Forschung

In Zukunft ist es wichtig, weiter zu erkunden, wie die Gesundheit der Mitochondrien die Nierenfunktion beeinflusst, insbesondere im Kontext des Alterns. Die Untersuchung spezifischer Wege, die mitochondriale Funktion, oxidativen Stress und Nierengesundheit verbinden, könnte neue Therapieansätze eröffnen. Ausserdem könnte das Verständnis, wie Lebensstilfaktoren die mitochondriale Gesundheit beeinflussen, praktische Lösungen bieten, um die Nierenfunktion im Alter aufrechtzuerhalten.

Schlussgedanken

Je mehr wir über die Komplexität der Nierengesundheit lernen, insbesondere im Kontext des Alterns, desto besser können wir Risikofaktoren und potenzielle Interventionen identifizieren. Indem wir den Fokus auf das Zusammenspiel von Mitochondrien, Stoffwechsel und der allgemeinen Nierenfunktion legen, können wir gezieltere Strategien entwickeln, um die Nierengesundheit zu unterstützen und altersbedingte Krankheiten effektiv zu bekämpfen.

Originalquelle

Titel: The MICOS Complex Regulates Mitochondrial Structure and Oxidative Stress During Age-Dependent Structural Deficits in the Kidney

Zusammenfassung: The kidney filters nutrient waste and bodily fluids from the bloodstream, in addition to secondary functions of metabolism and hormone secretion, requiring an astonishing amount of energy to maintain its functions. In kidney cells, mitochondria produce adenosine triphosphate (ATP) and help maintain kidney function. Due to aging, the efficiency of kidney functions begins to decrease. Dysfunction in mitochondria and cristae, the inner folds of mitochondria, is a hallmark of aging. Therefore, age-related kidney function decline could be due to changes in mitochondrial ultrastructure, increased reactive oxygen species (ROS), and subsequent alterations in metabolism and lipid composition. We sought to understand if there is altered mitochondrial ultrastructure, as marked by 3D morphological changes, across time in tubular kidney cells. Serial block facing-scanning electron microscope (SBF-SEM) and manual segmentation using the Amira software were used to visualize murine kidney samples during the aging process at 3 months (young) and 2 years (old). We found that 2-year mitochondria are more fragmented, compared to the 3-month, with many uniquely shaped mitochondria observed across aging, concomitant with shifts in ROS, metabolomics, and lipid homeostasis. Furthermore, we show that the mitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS) complex is impaired in the kidney due to aging. Disruption of the MICOS complex shows altered mitochondrial calcium uptake and calcium retention capacity, as well as generation of oxidative stress. We found significant, detrimental structural changes to aged kidney tubule mitochondria suggesting a potential mechanism underlying why kidney diseases occur more readily with age. We hypothesize that disruption in the MICOS complex further exacerbates mitochondrial dysfunction, creating a vicious cycle of mitochondrial degradation and oxidative stress, thus impacting kidney health. Translational StatementDue to aging, the efficiency of kidney functions begins to decrease and the risk of kidney diseases may increase, but specific regulators of mitochondrial age-related changes are poorly explained. This study demonstrates the MICOS complex may be a target for mitigating age-related changes in mitochondria. The MICOS complex can be associated with oxidative stress and calcium dysregulation, which also arise in many kidney pathologies. Graphical AbstractKidney aging causes a decline in the MICOS complex, concomitant with metabolic, lipidomic, and mitochondrial structural alterations.

Autoren: Antentor Hinton Jr., Z. Vue, P. Prasad, H. Le, K. Neikirk, C. Harris, E. Garza-Lopez, E. Wang, A. Murphy, B. Jenkins, L. Vang, E. Scudese, B. Shao, A. Kadam, J. Shao, A. G. Marshall, A. Crabtree, B. Kirk, A. Koh, G. Wilson, A. Oliver, T. Rodman, K. Kabugi, H.-J. Koh, Q. Smith, E. Zaganjor, C. N. Wanjalla, C. Dash, C. Evans, M. A. Phillips, D. Hubert, O. Ajijola, A. Whiteside, Y. D. Koo, A. Kinder, M. Demirci, C. F. Albritton, N. Wandira, S. Jamison, T. Ahmed, M. Saleem, D. Tomar, C. R. Williams, M. T. Sweetwyne, S. A. Murray, A. Cooper, A. Kirabo, P. Jadiya, Quintana

Letzte Aktualisierung: 2024-06-12 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.09.598108

Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.09.598108.full.pdf

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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