Erforschung der Verbindung zwischen Geist und Mitochondrien

Wie es sich für das Kind eines Wissenschaftlers gehört, lernt Martin Picards kleiner Sohn, 3, bereits etwas über Biologie mit einem altersgerechten Lehrbuch, „Zellbiologie für Babys“. Picard zuckt ein wenig zusammen, wenn das Buch Mitochondrien als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet, aber er geht davon aus, dass er mit zunehmendem Alter seines Sohnes genügend Zeit hat, zu erklären, warum die winzigen Organellen viel mehr als nur einfache Energiequellen sind.

Picard ist ein führender Befürworter der mitochondrialen Psychobiologie (ein Begriff, den er geprägt hat), einem aufstrebenden Gebiet, das untersucht, wie psychische Zustände wie Stress die mitochondrialen Funktionen beeinflussen, die wiederum die geistige und körperliche Gesundheit beeinflussen.

„Die Powerhouse-Analogie ist veraltet und eindimensional und kann die Wissenschaft behindern, indem sie die Wahrnehmung der Forscher darüber einschränkt, was Mitochondrien leisten können“, sagt Picard, außerordentlicher Professor für Verhaltensmedizin in Psychiatrie und Neurologie.

Unter anderem ist mittlerweile bekannt, dass Mitochondrien bei Bedarf den Zelltod auslösen, alle zirkulierenden Steroidhormone im Zusammenhang mit der Fortpflanzung synthetisieren und dem Zellkern befehlen, Gene ein- oder auszuschalten.

„Es ist sinnvoller, sich Mitochondrien als das vorzustellen Informationsprozessoren der Zelle“, sagt er. „Sie sind mit einer überraschend großen Vielfalt an Rezeptoren ausgestattet, um zu spüren, was in der Zelle vor sich geht, sie integrieren all diese Informationen und sagen dann dem Zellkern und anderen Organellen, was zu tun ist, um die Gesundheit zu erhalten.“ des Organismus.“

Es ist schwer, diese raffinierten Organellen nicht zu bewundern, von denen Hunderte oder Tausende in einigen Zellen untergebracht sind.

Und für Picard ist es nicht übertrieben zu glauben, dass Mitochondrien einen größeren Einfluss als das Genom auf unsere geistige und körperliche Gesundheit haben könnten: „Gene sind träge. Mitochondrien sind dynamisch und geben uns die Fähigkeit, zu spüren und wahrzunehmen, Informationen zu integrieren, uns anzupassen, und gedeihen.“

Mitochondrien, Stress und Gesundheit

Obwohl er kein Kliniker ist, verbringt Picard einen halben Tag in einer Neurologieklinik in Columbia mit Dr. Michio Hirano, der sich auf die Behandlung von Menschen spezialisiert hat, die mit Mutationen oder Deletionen in ihrem mitochondrialen Genom geboren werden.

Mitochondriale Erkrankungen sind selten, sie zeigen jedoch, dass kognitive und psychiatrische Probleme auftreten können, wenn mit den Mitochondrien etwas nicht stimmt.

Dass Stress subtile Veränderungen in den Mitochondrien verursachen könnte, die sich auf die psychische Gesundheit auswirken, ist eine Hypothese, die Picard seit seinem Eintritt in die Columbia-Fakultät im Jahr 2015 testet und schnell ein Labor mit einer Reihe interdisziplinärer Forschungsprojekte aufbaut.

Die neuesten Ergebnisse aus dem Labor beginnen, diese Idee zu stützen.

In eine Studie veröffentlicht im August und hervorgehoben In NaturPicards Team fand heraus, dass Stress die Aktivität der Mitochondrien des Gehirns verändern und nachfolgendes angstähnliches und soziales Verhalten bei Mäusen vorhersagen kann. Aber nicht alle Mitochondrien im Gehirn hatten die gleiche Wirkung. Nur Veränderungen in einem bestimmten Netzwerk von Mitochondrien, hauptsächlich im Kortex und im Striatum, korrelierten mit Angstzuständen, während andere Netzwerke von Mitochondrien keinen bis geringen Zusammenhang mit Verhaltensweisen zeigten.

Picard arbeitet nun daran, die Vielfalt der Mitochondrien im menschlichen Gehirn zu verstehen, um herauszufinden, wie sich Netzwerke der Organellen auf die psychische Gesundheit von Menschen auswirken können.

Andere von Picard und Mitarbeitern an der UCSF durchgeführte Untersuchungen an Menschen legen nahe, dass positive Gefühle Auswirkungen auf die Mitochondrien haben können, die die Gesundheit verbessern. In eine Studie, Emotionen, die Menschen am Dienstagabend empfanden, beeinflussten die Energieumwandlungskapazität der Mitochondrien in Blutimmunzellen, die mittwochs gemessen wurden. Die Studie lieferte den ersten richtungsweisenden Beweis dafür, dass die Stimmung die Mitochondrien beeinflussen kann. Picard sagt, wenn der Befund verifiziert werden kann – die Ergebnisse müssen noch in einer größeren Studie repliziert werden –, sei die nächste Frage, ob der gleiche Effekt im Gehirn auftritt. Caroline Trumpff, Ph.D., Assistenzprofessorin für Psychiatrie, die in Picards Gruppe arbeitet, testet diese Frage nun in postmortalen menschlichen Gehirnen.

Ein Fokus auf Gesundheit, nicht auf Krankheit

Im Nachhinein scheint es, dass Picard, ein gebürtiger Montrealer, dazu bestimmt war, einen neuen Blick auf alle biologischen Dinge zu werfen. „Meine Mutter ist Krankenschwester und hat ein Unternehmen für häusliche Pflege gegründet“, sagt er. „Sie war gut auf die Wirkung psychologischer Faktoren wie sozialer Unterstützung auf die Heilung eingestellt.“

Gegen Ende der High School interessierte sich Picard, ein Hockey- und Radsportbegeisterter, für Trainingsphysiologie und Sportpsychologie. Doch sein erstes Grundstudium der Physiologie ließ ihn mangelhaft zurück. „Es ging nicht darum, was Geist und Körper verbindet“, sagt er.

Während einer kurzen Pause nach dem College überredete ihn einer seiner Mentoren – ein Mitochondrienbiologe –, sich ihrem Labor anzuschließen, indem er ihm die Freiheit gab, externen Interessen nachzugehen, sei es Radfahren oder integrative Medizin. Picards Doktorarbeit konzentrierte sich auf die Rolle der Mitochondrien beim Altern, doch er nahm sich auch die Zeit, Systembiologie und psychosoziale Onkologie zu studieren.

Diese Erfahrungen und die aufkommende Wissenschaft der mitochondrialen Psychobiologie veranlassen Picard, die Dominanz von Genen in der biomedizinischen Forschung in Frage zu stellen, ein Konzept, das er in a TEDx-Talk.

„Die Genetik erklärt größtenteils nicht, warum oder wann ein Mensch krank wird und ein anderer gesund bleibt“, sagt er. „Bei den meisten Störungen ist das Krankheitsrisiko hauptsächlich auf Verhaltens-, psychosoziale und Umweltfaktoren zurückzuführen.“

Was Menschen gesund hält, hängt möglicherweise davon ab, was ihre Mitochondrien gesund hält, spekuliert Picard. „Der Grund, warum wir ein Herz und eine Lunge haben, ist die Sauerstoffversorgung“, sagt er. „Und was braucht Sauerstoff? Mitochondrien natürlich. Man könnte argumentieren, dass Mitochondrien im Laufe der Äonen eine Infrastruktur – den menschlichen Körper – aufgebaut haben, um sich selbst zu ernähren.“