A Salk Intézet kutatói feltárták a mitokondriális fragmentáció és újra összerakás molekuláris mechanizmusait, egy olyan sejtmechanizmust, amely fenntartja az egészséges energiaszintet és védi a sejteket a sérülésekkel szemben. A felfedezések hatással lehetnek olyan rendellenességekre, mint a mitokondriális betegség, a cukorbetegség, a rák és a neurodegeneratív betegségek, amelyek a mitokondriumok működési zavaraihoz kapcsolódnak.
Amikor a mitokondriumokat környezeti stressz, toxinok vagy genetikai mutációk formájában károsodás éri, a sejt szétszedi a mitokondriumokat, eltávolítja a sérült darabokat, és újra összerakja a mitokondriumokat. Ez a folyamat normális körülmények között is kis sebességgel zajlik, a sejt 100-500 mitokondriuma közül egy vagy kettő minden pillanatban feldarabolódik és újra összerakódik, hogy a sérült részeket pótolja. Amikor a sejteket stressz éri, például ha mérgezésnek vannak kitéve, tömeges fragmentáció következik be.
A tudósok már régóta ismerik ezt a figyelemre méltó folyamatot, amely lehetővé teszi a sérült sejtek bizonyos mértékű javítását. De nem értették, hogyan érzékelik a mitokondriumok károsodását, vagy azokat a mechanizmusokat, amelyek kiváltják a tömeges fragmentációs eseményt.
A Dr. Reuben Shaw vezette csoport megfigyelte, hogy amikor a sejtek mitokondriális károsodásnak vannak kitéve, az AMPK enzim olyan jelet küld, amely a mitokondriumokat a szétesésre utasítja.
Az AMPK-t, amely a sejtek üzemanyagjelzőjének tekinthető, a cukorbetegség elleni metformin gyógyszer aktiválja. A testmozgás és a korlátozott étrend szintén aktiválja az enzimet, ami arra utal, hogy ezek a terápiák legalábbis részben a mitokondriumok egészségének elősegítésével hatnak.
A korábbi kutatások kimutatták, hogy az AMPK segít a sérült mitokondriumdarabok újrahasznosításában, és jelzi a sejtnek, mikor kell új mitokondriumokat létrehozni.
A CRISPR génszerkesztési technikát alkalmazva az AMPK-t kódoló gén törlésére a kutatócsoport megvizsgálta annak biológiai jelentőségét. Amikor a sejteket toxinoknak vagy másfajta stressznek tették ki, a mitokondriumok nem töredeztek, ami arra utal, hogy az AMPK közvetlenül indukálja a töredezést.
A kutatók ezután visszakapcsolták az AMPK jelátvitelt, és meglepetésükre azt találták, hogy az AMPK jelátvitel elegendő volt ahhoz, hogy a mitokondriumok töredezni kezdjenek, még előzetes károsodás nélkül is.
“Nem tudtam elhinni, milyen fekete-fehér eredmények születtek. Önmagában az AMPK bekapcsolása ugyanolyan mértékű fragmentációt eredményez, mint egy mitokondriális méreg” – mondta Dr. Shaw a sajtóközleményben.
A Salk-csoport megfigyelte, hogy amikor a mitokondriumokat megzavarják, a sejtben lebegő energiacsomagok (úgynevezett ATP) mennyisége csökken. Az AMPK gyorsan érzékeli a sejtek energiájának ezt a csökkenését, és aktiválja a mitokondrium külső membránján lévő receptort, amely azt mondja neki, hogy fragmentálódjon.
A csapat továbbá megállapította, hogy az AMPK a folyamatot egy mitokondriális receptor két területére, az úgynevezett mitokondriális hasadási faktorra (MFF) hatva indítja el. Az MFF egy fehérjét – a Drp1-et – hívja elő, amely megköti és körbetekeri a mitokondriumot, hogy szétszakítsa azt.
A kutatókat most az érdekli, hogy megvizsgálják, milyen más következményei lehetnek ennek a jelátviteli útvonalnak. “Egyrészt az AMPK-ról ismert, hogy fontos a 2-es típusú cukorbetegség, az immunbetegségek és a rák szempontjából. Másrészt a mitokondriális diszfunkció egyre inkább összefüggésbe hozható az anyagcsere-betegségekkel és a neurodegeneratív betegségekkel. Most tesszük meg az első lépéseket e két dolog összekapcsolásában, amelyeknek jelentős betegségkövetkezményei vannak” – összegezte a tanulmány társvezető szerzője, Dr. Erin Quan Toyama.
A tanulmány, amelynek címe “AMP-aktivált protein kináz közvetíti a mitokondriális hasadást válaszul az energiastresszre”, a Science című folyóiratban jelent meg 2016. január 15-én.
Megjelent 2016. január 15-én.