Νέα μελέτη αποκαλύπτει το βασικό ρόλο των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών στην αναγέννηση της καρδιάς

Τα μιτοχόνδρια παίζουν κρίσιμο ρόλο στην παροχή της ενέργειας που απαιτείται για την ορθή λειτουργία των κυττάρων. Στα μιτοχόνδρια, η ενέργεια παράγεται από την αναπνευστική αλυσίδα, η οποία αποτελείται από πέντε σύμπλοκα, που ονομάζονται CI-CV. Αυτά τα σύμπλοκα μπορούν να συναρμολογηθούν σε υπερσύμπλοκα, αλλά λίγα είναι γνωστά για τον ρόλο αυτής της διαδικασίας και τον έλεγχό της.

Η νέα μελέτη εξετάζει τους μηχανισμούς συναρμολόγησης υπερσυμπλεγμάτων και αποκαλύπτει μια σημαντική επίδραση των παραγόντων μιτοχονδριακής συναρμολόγησης στην αναγέννηση του καρδιακού ιστού. Η μελέτη διεξήχθη από κοινού από τον Δρ. José Antonio Enríquez του Εθνικού Κέντρου Καρδιαγγειακών Ερευνών (CNIC) και τη Δρ. Nadia Mercader του Πανεπιστημίου της Βέρνης στην Ελβετία, η οποία είναι επισκέπτρια επιστήμονας στο CNIC.

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Developmental Cell δείχνει ότι το μέλος της οικογένειας πρωτεϊνών Cox7a παίζει θεμελιώδη ρόλο στη συναρμολόγηση των διμερών CIV και ότι αυτή η συναρμολόγηση είναι κρίσιμη για την ορθή λειτουργία των μιτοχονδρίων και επομένως για την παραγωγή κυτταρικής ενέργειας.

Η οικογένεια πρωτεϊνών Cox7a περιλαμβάνει τρία μέλη: Cox7a1, Cox7a2 και Cox7a2l (που ονομάζεται επίσης SCAF1). Προηγούμενες μελέτες και από τις δύο ομάδες έχουν δείξει ότι όταν η πρωτεΐνη CIV περιέχει SCAF1, αυτή συνδέεται έντονα με την CIII, σχηματίζοντας ένα αναπνευστικό υπερσύμπλεγμα γνωστό ως αναπνευστικόσωμα. Σε αυτές τις προηγούμενες μελέτες, οι συγγραφείς υπέθεσαν ότι η συμπερίληψη της Cox7a2 θα είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση CIV που δεν θα μπορούσε να συνδεθεί, ενώ τα μόρια CIV που περιέχουν Cox7a1 θα συνδεθούν για να σχηματίσουν ομοδιμερή CIV. Η νέα μελέτη καταδεικνύει πειραματικά έναν ρόλο για την Cox7a1 στο σχηματισμό αυτών των ομοδιμερών CIV.

Αναπτυξιακό Κύτταρο (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012

Δουλεύοντας με ένα μοντέλο ψαριού-ζέβρα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απουσία του Cox7a1 εμπόδισε τον σχηματισμό διμερών CIV και η απώλεια αυτών των διμερών επηρέασε το βάρος και την ικανότητα κολύμβησης των προσβεβλημένων ψαριών.

«Η Cox7a1 εκφράζεται κυρίως σε γραμμωτά μυϊκά κύτταρα και ο σκελετικός μυϊκός ιστός ήταν αυτός που υπέφερε περισσότερο από την έλλειψη λειτουργίας της Cox7a1. Ο άλλος σημαντικός τύπος γραμμωτού μυός είναι ο καρδιακός μυς ή μυοκάρδιο», εξήγησε ο Δρ. Ενρίκεζ.

Ωστόσο, ενώ η απώλεια της Cox7a1 στον σκελετικό μυ ήταν επιζήμια, η απουσία της στον καρδιακό μυ βελτίωσε την καρδιακή αναγεννητική απόκριση στον τραυματισμό.

«Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι αυτές οι πρωτεΐνες παίζουν βασικό ρόλο στην ενεργοποίηση της ικανότητας της καρδιάς να επιδιορθώνεται μετά από τραυματισμό», εξήγησε η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, Carolina Garcia-Pojatos.

Για να διερευνήσουν περαιτέρω τη λειτουργία της Cox7a1, οι ερευνητές του CNIC, Enrique Calvo και Jesús Vásquez, διεξήγαγαν μια πρωτεωμική μελέτη του σκελετικού μυός και του μυοκαρδίου σε ψάρια-ζέβρα που δεν είχαν Cox7a1. Αυτή η ανάλυση συμπληρώθηκε από μια μεταβολομική μελέτη που διεξήχθη από συναδέλφους στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης. Αυτή η συνδυασμένη ανάλυση αποκάλυψε σημαντικές διαφορές από μη τροποποιημένα ψάρια με άθικτη έκφραση Cox7a1.

«Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι τα μόρια που εμπλέκονται στη συναρμολόγηση των μιτοχονδριακών υπερσυμπλόκων μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στον μεταβολικό έλεγχο, ανοίγοντας ενδεχομένως το δρόμο για νέες θεραπείες για καρδιακές παθήσεις και άλλες μεταβολικές παθήσεις», δήλωσε ο Δρ. Mercader.

Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, αυτή η ανακάλυψη αντιπροσωπεύει «ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση των κυτταρικών μηχανισμών που εμπλέκονται στην καρδιακή αναγέννηση και μπορεί να δείξει το δρόμο για την ανάπτυξη θεραπειών που στοχεύουν στην τόνωση της καρδιακής αναγέννησης».

Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι οι παράγοντες μιτοχονδριακής συναρμολόγησης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τον μεταβολικό έλεγχο.