Auf der Suche nach Einflussfaktoren altersdegenerativer Prozesse, wie dem sukzessiven Funktionsverlust kognitiver Fähigkeiten, werden auch mitochondriale Dysfunktionen betrachtet. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss definierter Punktmutationen in Atmungskettengenen der mitochondrialen DNA (mtDNA) auf kognitive Fähigkeiten (räumliches Lernen, in vivo) und zelluläre Mechanismen (synaptische Plastizität, in vitro) untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die untersuchten Mutationen in mitochondrialen Genen der Atmungskettenkomplexe auf kognitive Fähigkeiten auswirken können, ohne dass eine gesteigerte Belastung durch reaktive Sauerstoffspezies verzeichnet wurde. Darüber hinaus war dieser Einfluss vom jeweils alterierten Atmungskettenkomplex abhängig. Unter Verwendung von Alterskohorten war es möglich auch die Dynamik des zeitlichen Verlaufs kognitiver Dysfunktionen und assoziierter zellulärer Prozesse abzubilden. Abhängig vom Locus der Punktmutation wurden Unterschiede der zeitlichen Manifestation in vivo und in vitro ermittelter Parameter sichtbar. Eine Mutation im Atmungskettenkomplex-I-Gen führte zu früh einsetzenden Defiziten (6- bis 12-Monate) des räumlichen Lernens, während sich ein mutiertes Komplex-IV-Gen erst spät (24-Monate) funktionell manifestierte. Zudem führte ein Verlust der Entkoppelungsfunktion zwischen Elektronentransportkette und Phosphorylierung ebenfalls zu früh einsetzenden Defiziten (6-Monate) des räumlichen Lernens.
Single nucleotide polymorphisms (SNPs) of mitochondrial genome (mtDNA) are thought to account for degenerative processes driving cognitive decline during aging. This study investigated the impact of defined SNPs in genes of mtDNA coding for subunits of oxidative phosphorylation (OXPHOS) enzymes, on cognitive abilities (spatial memory, in vivo) and cellular correlations (synaptic plasticity, in vitro). It could be shown that mutations in genes coding for OXPHOS complexes can affect cognitive abilities considerably, albeit levels of reactive oxygen species have been primarily detected as inconspicuous. Besides there were differences in the impact on phenotype depending on the affected complex. Using cohorts of different age enabled the elucidation of the dynamics of cognitive aging process and underlying cellular processes. Depending on the locus of the SNPs (affected OXPHOS complex) differences of aging dynamics appeared, influencing in vivo and in vitro parameters. A mutated complex-I gene was associated with an early onset of cognitive dysfunction (6 to 12 months), whereas a mutated complex-IV gene manifested itself at a late stage (24 months). Furthermore the loss of functional uncoupling of OXPHOS led to an early onset of cognitive dysfunction (6 to 12 months) as well.