Der Forschungsschwerpunkt verlagerte sich kürzlich auf die mitochondriale Dynamik und die Rolle von Fusion und Spaltung im Rahmen der Kardioprotektion. Ziel dieser Studie war die Beurteilung (i) der Funktion und Dynamik von Mitochondrien, die aus Ischämie/Reperfusion (I/R)-exponierten Herzen isoliert worden waren, und (ii) der Wirkungen von Melatonin, einem starken Kardioprotektivum, auf die Mitochondriendynamik bei I/R.

Isolierte perfundierte Rattenherzen wurden über 30 Minuten stabilisiert, einer 20-minütigen globalen Ischämie ausgesetzt und anschließend über 30 Minuten reperfundiert. Nach der Entnahme von Gewebe wurden Mitochondrien zur Messung der mitochondrialen oxidativen Funktion isoliert und Lysate aus mitochondrialen und zytosolischen Fraktionen für einen Western Blot aufbereitet. Melatonin (0,3 oder 50 μM) wurde jeweils über 10 Minuten unmittelbar vor Eintreten der Ischämie und bei Beginn der Reperfusion verabreicht. Die Größe des Infarkts wurde nach 35-minütiger regionaler Ischämie/60-minütiger Reperfusion mittels Triphenyltetrazolium-Färbung bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reperfusion den mitochondrialen QO2 (Stadien 3 und 4), bei geringfügigen Effekten durch Melatonin, signifikant reduzierte. Das zytosolische Beclin 1 und das LC3 II/I-Verhältnis wurden durch die Ischämie reduziert und durch die Reperfusion erhöht. Sowohl Ischämie als auch Reperfusion senkten die Spiegel von mitochondrialem PINK1 und Parkin, während die Reperfusion den p62-Wert erhöhte.

Ein alternativer, Rab9-vermittelter Mitophagie-Weg wird während einer myokardialen Ischämie/Reperfusion aktiviert. Die zytosolische ULK1-Expression wurde durch die Ischämie vermindert und durch die Reperfusion erhöht, was mit einer Umverteilung von Rab9 und Drp1 zwischen Zytosol und Mitochondrien einherging. Melatonin reduzierte die mitochondriale p62-Expression bei Reperfusion signifikant. Während des gesamten Protokolls zeigte sich, dass Melatonin (i) das zytosolische Gesamt- (t) und Phospho- (p)ULK1 und den Rab9-Spiegel signifikant erhöhte sowie (ii) die pDrp1-Spiegel und das p/t Drp1-Verhältnis im Zytosol signifikant erhöhte und in den Mitochondrien signifikant senkte, was auf eine Hemmung der mitochondrialen Spaltung hindeutet. Die Fusion wurde in geringerem Maße beeinflusst. Die Kardioprotektion durch Melatonin geht mit deutlichen Wirkungen auf die Mitophagie einher, wobei deren Bedeutung noch ungeklärt ist.