Hoher Anteil von Deletionen der mitochondrialen DNA in äußeren Augenmuskeln älterer Personen

Fragestellung: Altern ist in Gehirn und Skelettmuskel mit einer Akkumulation von Mutationen und Deletionen der mitochondrialen DNA (mtDNA) assoziiert, die über eine Störung der zellulären Energiebereitstellung letztlich zu einer Dysfunktion der betroffenen Gewebe führt. Für die äußeren Augenmuskeln ist ein derartiger Zusammenhang bislang nicht untersucht worden.

Methoden:Äußere Augenmuskeln von 10 älteren Personen wurden post mortem untersucht. Nach Doppelfärbung für Cytochrom c-Oxidase (COX) und Sukzinat-Dehydrogenase (SDH) wurde die Zahl COX-negativer Muskelfasern manuell ausgezählt. Mittels Laser-Mikrodissektion wurden pro Patient 10 COX-negative und 10 COX-positive Fasern ausgeschnitten und gepoolt. Mittels Realtime-PCR wurde die absolute Zahl von mtDNA-Molekülen sowie der relative Anteil von mtDNA-Deletionen bestimmt. Mittels long-range PCR wurden die Deletionen in einzelnen Fasern näher charakterisiert.

Ergebnisse: Bei der manuellen Auszählung fanden sich in bislang 5 ausgewerteten Augenmuskeln 3,04±0,85% COX-negative Fasern. Die Realtime-PCR zeigte in jeweils 10 gepoolten COX-negativen Zellen von 10 Personen einen Anteil an deletierten mtDNA-Molekülen von 73±13%, in den COX-positiven Zellen einen Anteil von 19±17% (p<0,0001, t-Test). Die absolute Zahl von mtDNA-Molekülen lag in den COX-negativen Fasern um den Faktor 5,6höher als in den COX-positiven. Die long-range PCR zeigte unterschiedlich große Deletionen in den jeweiligen Einzelfasern.

Schlussfolgerung: Wie schon für Gehirn und Skelettmuskel beschrieben, findet sich beim älteren Menschen auch in den äußeren Augenmuskeln ein hoher Anteil an deletierten mtDNA-Molekülen. Aus den Ergebnissen der long-range PCR ergibt sich, dass es sich um klonale Expansionen somatisch entstandener Deletionen handelt. Die Ergebnisse der Realtime-PCR belegen, dass die mtDNA-Deletionen ab einem gewissen Schwellenwert eine funktionelle Konsequenz haben, die jeweiligen Muskelfasern werden COX-negativ und sind somit in ihrer Funktionalität gestört. Die höhere absolute Zahl von mtDNA-Molekülen in den COX-negativen Fasern ist als Versuch der Zellen zu werten, die drohende mitochondriale Dysfunktion durch vermehrte mtDNA-Replikation und vermehrte Mitochondrien-Biogenese zu kompensieren. Zusammengefasst deuten die vorliegenden Daten darauf hin, dass mitochondriale Schädigung beim Altern nicht nur in Gehirn und Skelettmuskel akkumuliert, sondern auch in den äußeren Augenmuskeln.