Nowe badanie ujawnia kluczową rolę białek mitochondrialnych w regeneracji serca

Mitochondria odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu energii potrzebnej do prawidłowego funkcjonowania komórek. W mitochondriach energia jest wytwarzana przez łańcuch oddechowy, który składa się z pięciu kompleksów, oznaczonych jako CI-CV. Kompleksy te mogą łączyć się w superkompleksy, ale niewiele wiadomo o roli tego procesu i jego kontroli.

Nowe badanie bada mechanizmy superkompleksowego montażu i ujawnia znaczący wpływ czynników montażu mitochondrialnego na regenerację tkanki serca. Badanie było współprowadzone przez dr José Antonio Enríqueza z Narodowego Centrum Badań Sercowo-Naczyniowych (CNIC) i dr Nadię Mercader z Uniwersytetu w Bernie w Szwajcarii, która jest naukowcem wizytującym w CNIC.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Developmental Cell pokazuje, że członek rodziny białek Cox7a odgrywa zasadniczą rolę w tworzeniu dimerów CIV i że tworzenie to jest kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania mitochondriów, a tym samym dla produkcji energii komórkowej.

Rodzina białek Cox7a obejmuje trzech członków: Cox7a1, Cox7a2 i Cox7a2l (nazywane również SCAF1). Poprzednie badania obu grup wykazały, że gdy CIV zawiera SCAF1, silnie wiąże się z CIII, tworząc superkompleks oddechowy znany jako respirasom. W tych poprzednich badaniach autorzy postawili hipotezę, że włączenie Cox7a2 spowoduje powstanie CIV, który nie będzie w stanie się wiązać, podczas gdy cząsteczki CIV zawierające Cox7a1 będą się wiązać, tworząc homodimery CIV. Nowe badanie eksperymentalnie wykazuje rolę Cox7a1 w tworzeniu tych homodimerów CIV.

Komórka rozwojowa (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012

Pracując na modelu danio pręgowanego, naukowcy odkryli, że brak Cox7a1 zapobiega tworzeniu się dimerów CIV, a utrata tych dimerów wpływa na masę ciała i zdolność pływania dotkniętych chorobą ryb.

„Cox7a1 jest wyrażany przede wszystkim w komórkach mięśni poprzecznie prążkowanych, a to właśnie tkanka mięśni szkieletowych najbardziej ucierpiała z powodu braku funkcji Cox7a1. Innym głównym typem mięśni poprzecznie prążkowanych jest mięsień sercowy, czyli mięsień sercowy” – wyjaśnił dr Enriquez.

Jednakże, podczas gdy utrata Cox7a1 w mięśniach szkieletowych miała negatywny wpływ, jego brak w mięśniu sercowym poprawiał odpowiedź regeneracyjną serca na uraz.

„Wyniki te pokazują, że białka te odgrywają kluczową rolę w aktywowaniu zdolności serca do samodzielnej naprawy po urazie” – wyjaśnia główna autorka badania, Carolina Garcia-Pojatos.

Aby zbadać dalej funkcję Cox7a1, badacze CNIC Enrique Calvo i Jesús Vásquez przeprowadzili badanie proteomiczne mięśni szkieletowych i mięśnia sercowego u danio pręgowanego pozbawionego Cox7a1. Tę analizę uzupełniono badaniem metabolomicznym przeprowadzonym przez współpracowników z Uniwersytetu w Bernie. Ta połączona analiza wykazała istotne różnice w porównaniu z niezmodyfikowanymi rybami o nienaruszonej ekspresji Cox7a1.

„Wyniki te sugerują, że cząsteczki biorące udział w tworzeniu superkompleksów mitochondrialnych mogą mieć znaczący wpływ na kontrolę metaboliczną, co może otworzyć drogę do nowych metod leczenia chorób serca i innych schorzeń metabolicznych” – powiedział dr Mercader.

Według zespołu badawczego odkrycie to stanowi „znaczący krok naprzód w zrozumieniu mechanizmów komórkowych zaangażowanych w regenerację serca i może wskazać drogę do opracowania terapii ukierunkowanych na stymulację regeneracji serca”.

Autorzy doszli do wniosku, że czynniki składu mitochondriów mogą znacząco wpływać na kontrolę metaboliczną.