Fällt die Zellreinigung aus, entsteht Muskelschwäche

Muskelfasern von Mäusen mit überaktivem mTORC1 (Rot: angesammelte Abfa

Muskelfasern von Mäusen mit überaktivem mTORC1 (Rot: angesammelte Abfallstoffe). (Bild: Universität Basel)

Der Proteinkomplex mTORC1 fördert das Muskelwachstum. Ist dieser Komplex jedoch dauerhaft aktiv, verschlechtert er die Selbstreinigung von Zellen und führt zur Erkrankung des Muskels. Den genauen Mechanismus beschreiben die Wissenschaftler um Prof. Markus Rüegg vom Biozentrum der Universität Basel in der jüngsten Ausgabe des Fachblatts «Cell Metabolism».

Wie bei einer Maschine verschleissen auch in der Zelle einzelne Bauteile mit der Zeit. Damit die Zelle gesund bleibt, müssen fehlerhafte Bauteile und Abfallstoffe regelmässig entsorgt oder wiederaufbereitet werden. Dafür sorgt ein zellulärer Selbstreinigungsprozess – die Autophagie. Die Fähigkeit zur Selbsterneuerung nimmt jedoch im Alter ab. So entstehen eine Vielzahl von altersbedingten Erkrankungen wie Krebs, Herzleiden und Muskelschwäche. Der Wachstumsregulator mTORC1 spielt dabei eine übergeordnete Rolle. Den genauen Zusammenhang entdeckte nun das Team von Prof. Markus Rüegg vom Biozentrum der Universität Basel gemeinsam mit Forschenden vom Departement Biomedizin.

Muskelschwäche durch überaktiven Wachstumsregulator
Bislang ging man davon aus, dass der Proteinkomplex mTORC1 in der Muskelzelle zwar zentral das Wachstum reguliert, nicht aber den Prozess der Autophagie. Rüegg und seine Mitarbeiter konnten diese weit verbreitete These nun widerlegen. In ihrer aktuellen Studie untersuchten sie die zellulären Vorgänge in Muskeln von Mäusen, bei denen mTORC1 dauerhaft angeschaltet war.

Insbesondere bei alternden Mäusen beobachteten die Forscher eine fortschreitende Muskelerkrankung, die auf eine verschlechterte Autophagie zurückzuführen war. Interessanterweise konnten die Forscher durch die Gabe von Rapamycin die Krankheitssymptome wieder rückgängig machen. Die Muskelfunktion der Mäuse normalisierte sich. Rapamycin ist eine Substanz, die mTORC1 hemmt und dadurch die zelluläre Selbstreinigung fördert.

Dem Muskelabbau entgegenwirken
Demnach stellt mTORC1 eine übergeordnete Instanz dar, die den Mechanismus der Autophagie streng koordiniert und so das Gleichgewicht zwischen Muskelaufbau und -abbau aufrechterhält. Die Wissenschaftler vermuten, dass ein überaktiver mTORC1-Komplex auch für die Entstehung der altersbedingten Muskelschwäche beim Menschen verantwortlich sein könnte. Eine genauere Betrachtung des mTORC1-Regulationssystems im Kontext der Alterung könnte deshalb neue therapeutische Wege aufzeigen, dem Zerfall von Muskelstrukturen entgegenzuwirken.

Originalbeitrag
Perrine Castets, Shuo Lin, Nathalie Rion, Sabrina Di Fulvio, Klaas Romanino, Maitea Guridi, Stephan Frank, Lionel A. Tintignac, Michael Sinnreich and Markus A. Rüegg (2013)
Sustained activation of mTORC1 in skeletal muscle inhibits constitutive and starvation-induced autophagy and causes a severe, late-onset myopathy
Cell Metabolism; Published online April 18, 2013