MitoCARB: Untersuchung der Rolle reaktiver Carbonyle und des Glyoxalase-Systems in metabolischen Stressreaktionen mariner Muscheln aus extremen Lebensräumen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Inna M. Sokolova
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575179366

Der Stoffwechsel ist für alle Lebewesen essenziell, da er die Energieproduktion und die Synthese lebenswichtiger Biomoleküle ermöglicht. Marine Muscheln wie Miesmuscheln und Austern zeigen eine bemerkenswerte metabolische Flexibilität, die es ihnen erlaubt, die extremen Schwankungen im Lebensraum der Gezeitenzone zu überstehen. Diese Lebensräume sind durch rasche Veränderungen abiotischer Faktoren gekennzeichnet und stellen erhebliche physiologische Herausforderungen dar. Muscheln bewältigen diese Belastungen durch Strategien wie die Senkung der Stoffwechselrate und den Wechsel zwischen aeroben und anaeroben Stoffwechselwegen. Die Koordination dieser Wege ist entscheidend für die Stresstoleranz, doch die zugrunde liegenden Mechanismen sind weitgehend unbekannt. Reaktive Carbonylverbindungen (RCS), insbesondere Methylglyoxal (MG), sind natürliche Nebenprodukte der Glykolyse mit einer Doppelrolle als Signalmolekül und Schadstoff. Diese Dualität positioniert MG an der Schnittstelle zwischen aeroben und anaeroben Prozessen und macht es zu einem potenziellen Regulator adaptiver und maladaptiver Stressreaktionen. Mitochondrien, die eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel spielen, sind ebenfalls entscheidend für die Stressanpassung, indem sie Stoffwechselprozesse fein abstimmen, um Energieproduktion und Schadensbegrenzung zu optimieren. Die Rolle von RCS bei der Regulation dieser mitochondrialen Funktionen in marinen Organismen ist jedoch bislang unerforscht. Dieses Projekt untersucht die Funktion von MG bei der Regulierung des Stoffwechsels und der Stresstoleranz mariner Mollusken mit Fokus auf mitochondriale Funktion und Proteinstabilität während Umweltstress und aerob-anaerober Übergänge. Wir postulieren, dass niedrige MG-Konzentrationen die Stresstoleranz über hormetische Mechanismen steigern – durch verbesserte mitochondriale Funktion (Mitohormesis), gesteigerte Detoxifikation und Stabilisierung der Proteinhomöostase –, während hohe MG-Werte Proteinglykierung, mitochondriale Dysfunktion und Zellstress auslösen. Zur Überprüfung werden Muscheln und Austern realistischen Stressszenarien ausgesetzt, und mittels integrierter biochemischer, proteomischer, metabolomischer und molekularer Ansätze werden die Auswirkungen auf Glykolyse, MG-Metabolismus und Proteomstabilität erfasst. Weiterhin werden MG-Level experimentell manipuliert, um Effekte auf mitochondriale Leistung, Proteinintegrität und zelluläre Homöostase zu prüfen. Abschließend wird die gezielte Transkriptanalyse klären, wie MG – stressinduziert oder experimentell verändert – Schutzmechanismen (Antioxidantien, Glyoxalasen, mitochondriale und Proteinkontrollsysteme) sowie Stressantworten wie Apoptose und Entzündung beeinflusst. Die Aufklärung neuartiger MG-abhängiger Anpassungsmechanismen wird unser Verständnis von Stresstoleranz und metabolischer Flexibilität mariner Muscheln erweitern und liefert Impulse für die Evolutionsbiologie und Umweltstressforschung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen