Descoperire surprinzătoare: Viermii trăiesc mai mult cu mitocondrii defecte datorită unor „cuști” declanșate de calciu
O nouă cercetare realizată de laboratorul condus de Kris Burkewitz, profesor asistent de biologie celulară și de dezvoltare, arată că viermii din specia Caenorhabditis elegans reușesc să își prelungească durata de viață în ciuda defectelor mitocondriale, datorită unui mecanism bazat pe semnalizarea calciului și remodelarea citoscheletului de actină.
Mutările care afectează căile de producere a energiei din mitocondrii — organitele responsabile de generarea energiei necesare celulelor — sunt asociate în mod obișnuit cu îmbătrânirea și cu diverse boli. Cu toate acestea, în biologia îmbătrânirii există un paradox cunoscut de decenii: anumite perturbări ale funcției mitocondriale pot, contraintuitiv, să prelungească durata de viață a unui organism. Fenomenul a fost observat nu doar la viermele transparent C. elegans, ci și la nivel evolutiv, inclusiv la oameni. Metforminul, un medicament aprobat pentru tratamentul diabetului de tip 2, este un inhibitor mitocondrial ușor, dezvoltat în prezent ca potențial medicament anti-îmbătrânire. Până acum, însă, oamenii de știință nu au reușit să înțeleagă de ce inhibarea mitocondrială este benefică în anumite contexte și patologică în altele.
Studiul, publicat în Nature Communications, a explorat modul în care comunicarea dintre mitocondrii și alte organite ar putea ajuta celulele să se adapteze la disfuncția mitocondrială. „Multe cercetări din trecut s-au concentrat pe înțelegerea modului în care mitocondriile însele se adaptează la stres, dar celula funcționează ca o comunitate de organite diferite”, a declarat Burkewitz. „Unul dintre obiectivele noastre a fost să adoptăm o abordare mai holistică și să întrebăm cum ar putea fi implicate alte părți ale celulei în adaptarea la disfuncția mitocondrială.”
Cercetările recente au arătat că reticulul endoplasmatic, un al doilea hub metabolic esențial al celulei, interacționează strâns cu mitocondriile și le reglează funcțiile prin semnale de calciu, printre alte căi. Echipa a descoperit că principalul jucător în semnalizarea calciului din reticulul endoplasmatic — un canal ionic conservat numit receptorul IP3 — este esențial pentru capacitatea unei anumite mutații mitocondriale de a prelungi durata de viață.
Mutațiile din căile de producere a energiei determină mitocondriile să crească și să se extindă ca modalitate de a depăși funcția lor redusă. Studiul a arătat că un aspect esențial al adaptării reușite la stresul mitocondrial la viermii cu viață lungă este capacitatea de a împiedica aceste rețele mitocondriale disfuncționale să crească excesiv de mult și să se interconecteze. Echipa a demonstrat că, pentru a preveni expansiunea necontrolată a mitocondriilor, calciul eliberat de reticulul endoplasmatic activează remodelarea citoscheletului de actină, despre care cercetări anterioare au arătat că poate acționa ca niște „cuști” restrictive pentru mitocondrii.
„Am identificat noi legături genetice între semnalizarea calciului din reticulul endoplasmatic, remodelarea actinei și dinamica de reciclare a rețelelor mitocondriale în aceste contexte de îmbătrânire, dar există multe detalii moleculare de completat înainte de a înțelege pe deplin cum sunt conectate aceste căi”, a spus Burkewitz.
Grupul său a folosit „instrumente genetice simple” cu impact major asupra semnalelor de calciu în cadrul studiului, iar cercetătorul consideră că un pas următor bun este descifrarea mai delicată a modului în care celulele modifică momentul și tiparul eliberării calciului pentru a converti anumite forme de stres mitocondrial într-un răspuns care prelungește viața.
Rezultatele acestui studiu ar putea clarifica și de ce disfuncția mitocondrială și defectele în semnalizarea calciului coexistă frecvent în mai multe boli asociate vârstei înaintate, în special în bolile neurodegenerative. Dacă semnalizarea calciului susține funcțiile mitocondriale, așa cum arată acest studiu, atunci celulele pot intra într-un cerc vicios atunci când ambele procese se deteriorează în timpul îmbătrânirii normale, rezultând boală manifestă.
În cele din urmă, o mai bună înțelegere a dinamicii complexe dintre mitocondrii și reticulul endoplasmatic — și, posibil, alte organite — ar putea ajuta la descoperirea unor noi terapii care să prelungească anii de viață sănătoși.
