Schwankungen im mitochondrialen Membranpotential verursacht durch wiederholtes Öffnen des Permeabilitätsübergangspores

Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und die potentiometrische Fluoreszenzsonde Tetramethylrhodaminethylester wurden verwendet, um Veränderungen des elektrischen Membranpotentials (DeltaPsi(m)) in Einzelmitochondrien nach der Isolation oder in der lebenden Zelle zu messen. Aufnahmen, die über kleine mitochondriale Populationen gemittelt wurden, zeigten einen allmählichen Rückgang von DeltaPsi(m), der durch die lichtinduzierte Erzeugung von freien Radikalen verursacht wurde. Die Depolarisation wurde durch Dithiothreitol oder Ansäuerung abgeschwächt. Im Gegensatz dazu zeigten einzelne Organellen rasche spontane Depolarisationen, die durch Öffnungen des mitochondrialen Permeabilitätsübergangspores (MTP) verursacht wurden. Wiederholte Öffnungen und Schließungen des Pores führten zu merklichen Schwankungen in DeltaPsi(m) zwischen dem vollständig geladenen und dem vollständig depolarisierten Zustand. Schnelle spontane Schwankungen in DeltaPsi(m) wurden in aus Rattenherzen isolierten Mitochondrien und in Mitochondrien lebender Endothelzellen beobachtet. Der Verlust von DeltaPsi(m) der Mitochondrien in der lebenden Zelle fiel mit der Schwellung des Organells und dem Abbau langer mitochondrialer Filamente zusammen. Im einzelnen Mitochondrium löste oxidativer Stress anfänglich kürzere Öffnungen des Pores aus, bevor verlängerte Öffnungen die vollständige Dissipation von DeltaPsi(m) und einen messbaren Efflux größerer gelöster Stoffe verursachten. Verallgemeinernd schlagen wir vor, dass unter Bedingungen prolongierten oxidativen Stresses und/oder zellulärer Ca(2+) Überlastung kurze Öffnungen des MTP als Notmechanismus dienen könnten, der die partielle Dissipation von DeltaPsi(m), die schnelle Freisetzung angestauter Ca(2+) Ionen und die verringerte Erzeugung endogener Sauerstoffradikale ermöglicht. Im Gegensatz dazu machen der Verlust von Matrixmetaboliten, Schwellung und andere strukturelle Schäden des Organells verlängerte Öffnungen des Übergangspores für Mitochondrien und für die Zelle schädlich.