| Zahlreiche physiologische und pathophysiologische Vorgänge gehen mit Veränderungen im Energiemetabolismus von Zellen einher. Eine zentrale Rolle kommt hier ATP als Energieträger der Zelle zu. In dieser Arbeit wurden mithilfe genetisch kodierter Fluoreszenz-basierter ATP-Sensoren intrazelluläre ATP-Änderungen gemessen, mit dem Ziel, den Energiemetabolismus einzelner Zelle genauer zu beschreiben. Dabei stellte sich heraus, dass insbesondere mitochondrielle ATP-Spiegel starken Schwankungen unterliegen. So zeigte sich, dass HeLa-Zellen, die als Krebszellmodell dienten, ATP hauptsächlich über Glykolyse erzeugen, während ihre Mitochondrien ATP eher verbrauchen als produzieren. Andere Zelltypen, wie zum Beispiel Insulin produzierende Beta-Zellen (INS-1, MIN-6), generieren ATP hingegen überwiegend über oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien. Dementsprechend können mitochondrielle ATP-Messungen zur metabolischen Charakterisierung verschiedener Zelltypen genutzt werden, wie es in dieser Arbeit für eine Reihe von Krebszelllinien (H1299, A548, Calu-3, SkBr3, MCF7, MDA-MB231, SH-SY5Y) sowie Wildtyp und Mfn2 Knockout MEFs gezeigt wurde. Zudem erwiesen sich ATP-Messungen als geeignete Methode zur Aufklärung mechanistischer Vorgänge im Zusammenhang mit ATP-Produktion und Transport. So wurde in HeLa-Zellen nachgewiesen, dass mitochondriell lokalisierte Hexokinasen den initialen Schritt der Glykolyse an den mitochondriellen ATP-Pool koppeln. Damit demonstriert diese Arbeit nicht nur die Tragweite mitochondrieller ATP-Messungen zur metabolischen Charakterisierung von Zellen und Zellpopulationen, sondern liefert auch neue Erkenntnisse in Bezug auf Umsatz und Verteilung von ATP in der Zelle. |
