Diese Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen des Alterns, der Kalorienrestriktion und von altersassoziierten Krankheiten auf das mitochondriale Proteom. Verschiedene Techniken wurden verglichen, um das mitochondriale Proteom zu analysieren: Die Visualisierung der Proteine nach Auftrennung mit der zwei-dimensionalen (2D) blau-nativen (BN) Natriumdodecylsulfat-(SDS) Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) durch die Färbung der Gele mit Coomassie Brilliant Blau G-250 (CBBG), Silber oder dem Fluores-zenzfarbstoff SYPRO®Ruby wurden mit der differentiellen Gelelektrophorese (DIGE) verglichen, bei der vor dem Gellauf die kovalente Markierung der Proteine mit Fluoreszenz-farbstoffen (Refraction-2D™ Labeling Kit) stattfindet. Die Färbung mit Fluoreszenzfarbstoff wurde empfohlen, wenn genug Protein zur Verfügung steht und falls die Menge eingeschränkt ist für die Markierung der Proteine mit Fluoreszenzfarbstoff. Die Quantifizierung der Menge von mitochondrialen Proteinen der oxidativen Phosphory-lierung (OxPhos) nach Auftrennung durch BN PAGE und anschließender CBBG Färbung wurde verglichen mit der Auftrennung mittels 2D-BN/SDS PAGE und SYPRO®Ruby Färbung. Hierfür wurden dieselben Proben verwendet, die auch für die Analyse der Einflüsse von Altern und Kalorienrestriktion auf das mitochondriale Proteom der unterschiedlichen Gehirngewebe verwendet wurden. Die Quantifizierung nach BN PAGE und CBBG Färbung lieferte weniger genaue Resultate als die 2D-BN/SDS PAGE und SYPRO®Ruby Färbung und ist daher nicht geeignet für quantitative Analysen. Die Einflüsse von Altern und Kalorienrestriktion wurden am mitochondrialen Proteom von den drei Fischer 344 Rattenhirngeweben Cerebellum, Hippocampus und Cerebrum analysiert. Die Tiere wurden ad libitum (AL) gefüttert oder unter Kalorienrestriktion (CR, Aufnahme-menge etwa 60 % von AL, wurde nach Alter von 6 Wochen gestartet) gehalten. Zwei Alters-gruppen wurden analysiert: 6,5 Monate (jung, Y) und 27 Monate (alt, O). Die Mitochondrien wurden isoliert und deren Gesamtproteinmenge bestimmt. Die Proteine wurden mittels 2D-BN/SDS PAGE aufgetrennt und die Untereinheiten im Gel durch Peptide Mass Fingerprint (PMF) mittels MALDI-MS identifiziert. Die Proteinmenge der Untereinheiten wurde nach SYPRO®Ruby Färbung der Gele quantifiziert. Die Auftrennung der mitochondrialen Proteine mittels BN PAGE und anschließender in-Gel Aktivitätstests lieferte die spezifische Aktivität der OxPhos-Komplexe I (CI) und IV (CIV). Durch die steady-state Fluoreszenz-Anisotropie Messung der interkalierten Fluoreszenzsonde Diphenyl-1,3,5-hexatrien (DPH) wurde die „Fluidität“ der Mitochondrienmembran bestimmt. Bereits im jungen Alter hatten die Tiere unter CR ein niedrigeres Körpergewicht, als die AL gefütterten Tiere. Mit dem Altern erhöhte sich das Körpergewicht beider Tiergruppen im gleichen Maße. Nach Identifizierung der Proteinuntereinheiten mittels PMF im 2D-BN/SDS-Gel zeigte sich für Mitochondrien aus allen drei untersuchten Rattenhirngeweben, dass die elektrophoretische Mobilität der Untereinheiten annähernd identisch ist. Dies konnte ebenso für die untersuchten Rinderherzmitochondrien gezeigt werden. Daher konnten die Proteine der verschiedenen Gewebe miteinander verglichen werden. Die durch die mtDNS kodierten Untereinheiten CYB von OxPhos-Komplex III (CIII) und COX2 von CIV zeigten keine spezifischen Veränderungen beim Altern. Sie folgten den Veränderungen der Gesamt-komplexe CIII und CIV. Die höchsten Aktivitäten wurden in allen drei Geweben für die Superkomplexe I1III2IV3 (CI-Aktivität) und I1III2IV2 (CIV-Aktivität) gefunden. Allerdings waren die Veränderungen durch Altern und Kalorienrestriktion in den CI- und CIV-Aktivitäten nur sehr geringfügig ausgeprägt. Das Gewicht des Cerebellum, dessen mitochondriale Gesamtproteinmenge und die Fluidität der Mitochondrienmembran nahm mit dem Altern von AL gefütterten Tieren ab. Die Menge der OxPhos-Komplexe und die Aktivität von CI und CIV waren nicht verändert. Bereits junge Tiere unter CR wiesen ein geringeres Gewicht des Cerebellum verglichen mit AL gefütterten Ratten auf. Mit dem Altern wuchs das Cerebellum beider Tiergruppen im gleichen Maße an. Die mitochondriale Gesamtproteinmenge in jungen und alten Ratten unter CR war jeweils höher als bei den AL gefütterten Tieren, verringerte sich jedoch auch während des Alterns. darunter die Proteine des zellulären Stressmanagements, des Energiemetabolismus und an der neuronalen Zusammensetzung und Funktion beteiligten Proteine. Die Menge der OxPhos-Komplexe war in jungen Tieren unter CR verringert, erhöhte sich aber mit dem Altern unter CR auf dasselbe Niveau wie bei den Tieren unter AL. Die mitochondriale Membranfluidität verringerte sich im Cerebellum während des Alterns bei beiden Formen der Ernährung, allerdings bei den Tieren unter CR sogar stärker und bereits seit dem jungen Alter. Das Gewicht des Hippocampus, die mitochondriale Gesamtproteinmenge und die CI-Aktivität in einigen OxPhos-(Super-)Komplexen verringerten sich unabhängig von der Ernährung mit dem Altern, genauso wie die meisten analysierten Proteine unter AL und in jungen Tieren unter CR. Jedoch beim Altern unter CR stiegen die Proteinmengen sogar auf ein höheres Maß als bei den vergleichbaren AL Tieren an. Beim Altern unter AL veränderte sich die mitochondriale Membranfluidität nicht, aber bei den jungen und alten Tieren unter CR konnte eine verringerte Membranfluidität verglichen mit den Tieren unter AL festgestellt werden, obwohl sich sogar die Fluidität der Mitochondrienmembranen der jungen CR Tiere mit dem Altern etwas erhöhte. Die verringerte Fluidität könnte durch die erhöhte Proteinmenge erklärt werden oder einen erhöhten Cholesterinanteil und die damit verbundene Reaktion des Gewebes auf die verringerte CI Aktivität. Das Gewicht des Cerebrum verringerte sich mit dem Altern unabhängig von der Ernährung. Die Menge der OxPhos-Komplexe (exkl. CV) verringerte sich mit dem Altern unter AL aber unter CR erhöhte sich deren Menge. Die mitochondriale Membranfluidität verringerte sich unter dem Einfluss des Alterns und AL Fütterung, jedoch nicht unter CR. Die Fluidität der Membranen der CR gefütterten Tiere war stets höher als die der AL Tiere. Zusammengefasst verringerte das Altern das Hirngewebegewicht, die Gesamtproteinmenge und die Fluidität der Mitochondrienmembran von AL gefütterten Tieren. Die Menge der OxPhos-Komplexe und ihre Aktivität blieb größtenteils unverändert. Beim Altern unter CR erhöhte sich die Gesamtproteinmenge und die Membranfluidität verringerte sich, was im Zusammenhang mit gleichbleibenden CI- und CIV-Aktivitäten ein Teil von Kompensations-mechanismen zu sein scheinen. In Zusammenarbeit mit Dr. Koziel (IBA) wurden die Effekte des Alterns anhand eines Zellkulturmodells (HUVEC) analysiert. Hierin wurden die Einflüsse von NADPH Oxidase 4 (Nox4), ein Produzent von reaktiven Sauerstoffspezies, durch genetische Gen-Deaktivierung untersucht. Die Ergebnisse zeigten unter anderem, dass Nox4 für eine ver¬ringerte CI Menge und CI-Aktivität sorgte, was durch Gen-Deaktivierung umgekehrt wurde. Durch die Zusammenarbeit mit Dr. Kuter (IF-PAN) konnte ihr Modell der Parkinson Erkrankung in einem frühen Stadium analysiert werden. Die Effekte der Degeneration in Substantia nigra und Striatum von Wistar Ratten wurden beschrieben. Proteomanalysen umfassten die Identifikation der mitochondrialen Proteine durch PMF von 2D-BN/SDS Gelen, Quantifizierung der Proteinuntereinheiten durch die DIGE-Technik, CI- und CIV in-Gel Aktivitätstests und Messungen der Membranfluidität. Die Auswertungen sind noch in Bearbeitung. Teile der Daten wurden zur Veröffentlichung eingereicht und sind unter Begutachtung, weshalb unter Beachtung des Urheberrechts diese Daten in dieser Arbeit nicht beschrieben wurden.