Cercetătorii de la Salk Institute au deslușit mecanismele moleculare care stau la baza fragmentării și reasamblării mitocondriale, un mecanism celular care menține nivelurile sănătoase de energie și protejează celulele de insulte. Descoperirile ar putea avea implicații pentru tulburări precum boala mitocondrială, diabetul, cancerul și bolile neurodegenerative legate de mitocondrii disfuncționale.
Când mitocondriile sunt supuse unor daune sub forma stresului de mediu, a toxinelor sau a mutațiilor genetice, celula desface mitocondriile, îndepărtează bucățile deteriorate și reasamblează mitocondriile. Acest proces are loc într-un ritm scăzut și în condiții normale, una sau două dintre cele 100-500 de mitocondrii ale celulei se fragmentează și se reasamblează la un moment dat pentru a înlocui părțile deteriorate. Atunci când celulele sunt supuse unui stres, cum ar fi expunerea la otrăvuri, are loc o fragmentare în masă.
Cercetătorii știu de mult timp despre acest proces remarcabil care permite o anumită măsură de reparare a celulelor deteriorate. Dar ei nu au înțeles cum a fost sesizată deteriorarea mitocondriilor sau mecanismele care au indus un eveniment de fragmentare în masă.
O echipă condusă de Dr. Reuben Shaw a observat că atunci când celulele sunt expuse la deteriorarea mitocondriilor, enzima AMPK trimite un semnal care instruiește mitocondriile să se fragmenteze.
AMPK, care poate fi văzută ca un indicator al combustibilului celular, este activată de metforminul, un medicament pentru diabet. Se știe, de asemenea, că exercițiile fizice și o dietă restrictivă activează enzima, ceea ce indică faptul că aceste terapii funcționează, cel puțin parțial, prin promovarea sănătății mitocondriale.
Cercetarea anterioară a arătat că AMPK ajută la reciclarea pieselor mitocondriale deteriorate și semnalează celulei când trebuie să fabrice mitocondrii noi.
Utilizând tehnica de editare genetică CRISPR pentru a șterge gena care codifică AMPK, echipa de cercetare a studiat semnificația biologică a acesteia. Atunci când au expus celulele la toxine sau la alte tipuri de stres, mitocondriile nu s-au fragmentat, ceea ce indică faptul că AMPK induce direct fragmentarea.
Cercetătorii au activat apoi din nou semnalizarea AMPK și, spre surprinderea lor, au descoperit că semnalizarea AMPK a fost suficientă pentru a determina mitocondriile să se fragmenteze, chiar și fără daune anterioare.
„Nu mi-a venit să cred cât de albe și negre au fost rezultatele. Simpla activare a AMPK de una singură vă oferă la fel de multă fragmentare ca o otravă mitocondrială”, a declarat Dr. Shaw într-un comunicat de presă.
Echipa Salk a observat că atunci când mitocondriile sunt perturbate, cantitatea de pachete de energie (numite ATP) care plutesc în jurul unei celule scade. AMPK detectează rapid această reducere a energiei celulare și activează un receptor de pe membrana exterioară a unei mitocondrii care îi spune acesteia să se fragmenteze.
Echipa a mai descoperit că AMPK începe procesul acționând asupra a două zone ale unui receptor mitocondrial, numit factor de fisiune mitocondrială (MFF). MFF invocă o proteină – Drp1 – care se leagă și se înfășoară în jurul mitocondriei pentru a o descompune.
Cercetătorii sunt acum interesați să exploreze alte consecințe pe care le-ar putea avea această cale de semnalizare. „Pe de o parte, AMPK este cunoscută ca fiind importantă pentru diabetul de tip 2, bolile imunitare și cancerul. Pe de altă parte, disfuncția mitocondrială este din ce în ce mai mult legată de bolile metabolice și de bolile neurodegenerative. Facem unii dintre primii pași în conectarea acestor două lucruri care au implicații majore asupra bolilor”, a concluzionat co-autorul principal al studiului, Dr. Erin Quan Toyama.
Studiul, intitulat „AMP-activated protein kinase mediates mitochondrial fission in response to energy stress” (Proteina kinaza activată de AMP mediază fisiunea mitocondrială ca răspuns la stresul energetic), a fost publicat în revista Science la 15 ianuarie 2016.
.