As mitocôndrias são frequentemente chamadas de usinas de energia da célula porque geram a energia que a célula precisa para funcionar. Para apoiar esse papel, eles carregam seu próprio material genético chamado DNA mitocondrial (mtDNA).
Cada célula contém centenas a milhares de cópias de DNA mitocondrial. Essas cópias são agrupadas em estruturas compactas chamadas nucleóides. Os cientistas há muito observam que esses nucleóides estão espaçados em um padrão regular dentro das mitocôndrias. Esta organização ajuda a garantir que o DNA mitocondrial seja entregue de forma confiável durante a divisão celular e que seus genes sejam expressos uniformemente em toda a mitocôndria.
Quando as mitocôndrias ou o seu ADN não funcionam adequadamente, os efeitos podem ser graves. A perturbação tem sido associada a distúrbios metabólicos e neurológicos, como insuficiência hepática e encefalopatia, bem como a doenças relacionadas com o envelhecimento, como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
Mistérios de longa data na biologia celular
Dada a importância do DNA mitocondrial, os pesquisadores procuraram entender como as células mantêm um espaçamento tão consistente entre os nucleosídeos. A resposta permanece obscura.
“Os mecanismos propostos relacionados à fusão mitocondrial, fissão ou ligação molecular não podem explicar este fenômeno porque permanecem inalterados mesmo quando o espaçamento nucleolar é interrompido”, disse Suliana Manley, professora do Laboratório de Biofísica Experimental (LEB) da EPFL.
Manley e seu colega Juan Landoni, pós-doutorado na LEB, identificaram agora o mecanismo responsável por esse fenômeno. O seu trabalho aponta para um processo denominado “perolização mitocondrial”, que anteriormente recebeu pouca atenção.
A perolização mitocondrial é uma mudança temporária de forma na qual as mitocôndrias formam uma estrutura que se parece com contas em um cordão. Durante este processo de transformação, os aglomerados de DNA mitocondrial são separados e redistribuídos. Isso permite que os núcleos sejam distribuídos de maneira mais uniforme, mantendo seu espaçamento regular.
Observe o funcionamento das mitocôndrias
Para estudar esse processo, os pesquisadores usaram uma combinação de métodos avançados de imagem para observar as mitocôndrias e seu DNA dentro das células vivas. Isso inclui imagens de super-resolução, microscopia óptica e eletrônica de correlação e microscopia de contraste de fase.
Com essas ferramentas, a equipe conseguiu rastrear nucléolos únicos, capturar mudanças rápidas na forma mitocondrial e obter uma melhor compreensão de como a estrutura interna está organizada.
O que acontece durante a pesca de pérolas?
Imagens de células vivas mostram que o perolização pode ocorrer várias vezes por minuto. Nesses momentos, as mitocôndrias formam brevemente contrações uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento. A distância entre essas “pérolas” corresponde aproximadamente ao espaçamento usual entre os núcleos.
A maioria dos segmentos frisados contém um nucléolo próximo ao centro, embora essas estruturas também possam se formar sem DNA mitocondrial.
À medida que este processo continua, aglomerados maiores de nuclídeos frequentemente se dividem em aglomerados menores e se fundem em pérolas adjacentes. À medida que as mitocôndrias retornam à sua forma tubular normal, os nucléolos permanecem separados, mantendo a sua distribuição uniforme.
qual processo de controle
Os pesquisadores também exploraram os fatores que impulsionam e regulam a mineração de pérolas. Através de experimentos genéticos e farmacológicos, eles descobriram que o cálcio que entra nas mitocôndrias desencadeia esse processo. Além disso, a estrutura da membrana interna ajuda a manter a separação dos nucléolos.
Quando esses fatores regulatórios são interrompidos, os nucleóides tendem a se agrupar em vez de permanecerem espaçados uniformemente.
Características redescobertas das mitocôndrias
“Desde que Margaret Reed Lewis descreveu pela primeira vez o fenômeno da pérola mitocondrial em 1915, ele tem sido amplamente ignorado como uma anomalia relacionada ao estresse celular”, disse Landoni. “Mais de um século depois, está emergindo como um mecanismo elegantemente conservado no coração da biologia mitocondrial. Este processo biofísico fornece uma maneira simples e energeticamente eficiente de distribuir o genoma mitocondrial.”
Por que esta descoberta é importante
As descobertas indicam que as células dependem não apenas de sistemas moleculares complexos, mas também de processos físicos para manter os tecidos. Compreender como funciona o perolização mitocondrial e como é controlado pode fornecer informações importantes sobre doenças associadas ao DNA mitocondrial.
Este conhecimento pode, em última análise, ajudar a orientar novas abordagens para o tratamento de doenças associadas à disfunção mitocondrial.
Outros contribuidores
- Universidade Católica do Chile
- Instituto Médico Howard Hughes
- Universidade da Califórnia, São Francisco
