Επιστήμονες της ανακάλυψαν για πρώτη φορά σε φυτά μηχανισμό άμυνας μιτοχονδρίων κυττάρων θηλαστικών

Τα μιτοχόνδρια είναι κυτταρικά οργανίδια που παίζουν κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση της υγείας του κυττάρου ή ομοιόσταση. Ένας τρόπος με τον οποίο τα μιτοχόνδρια το κάνουν αυτό είναι με την συλλογή ενέργειας μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, κατά την οποία διάφορα ένζυμα στα μιτοχόνδρια απελευθερώνουν ενέργεια για να παράγουν το μόριο ATP, το «ενεργειακό νόμισμα» του κυττάρου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλες διεργασίες. Είναι για αυτό που τα μιτοχόνδρια συχνά περιγράφονται ως «ενεργειακά εργοστάσια» του κυττάρου.

Οι περισσότερες μιτοχονδριακές πρωτεΐνες είναι κωδικοποιημένες από το DNA στον πυρήνα του κυττάρου. Ωστόσο, τα μιτοχόνδρια περιέχουν επίσης λίγο από το δικό τους DNA, το οποίο επίσης κωδικοποιεί ορισμένες των πρωτεϊνών τους. Εξαιτίας αυτής της διπλής προέλευσης, τα μιτοχόνδρια είναι επιρρεπή σε πρωτεοτοξικό στρες: διάφοροι παράγοντες που προκαλούν βλάβη στην παραγωγή, το δίπλωμα και τη τρισδιάστατη δομή των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών, επηρεάζοντας έτσι τη λειτουργία τους.

Τα μιτοχόνδρια διατηρούν την υγεία των πρωτεϊνών τους (ή πρωτεόσταση – προέρχεται από τους όρους πρωτεΐνη και ομοιόσταση) μέσω ενός σύνθετου δικτύου ελέγχου ποιότητας συνοδών πρωτεϊνών (σαπερόνες – εμπλέκονται στην αναδίπλωση των πρωτεϊνών) και ένζυμα πρωτεάσης (ή πρωτεϊνάσης – ιδιαίτερος τύπος πεπτιδάσης που είναι πρωτεολυτικό ένζυμο). Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η μιτοχονδριακή απόκριση σε μη-αναδιπλωμένη πρωτεΐνη (UPRmt), [ένας μηχανισμός] που περιγράφει μια σειρά γεγονότων διόρθωσης που πυροδοτείται όταν μια μιτοχονδριακή πρωτεΐνη δεν (ανα)διπλώνεται ή γίνεται με λάθος αναδίπλωση και οι σαπερόνες δεν μπορούν να τη διαχειριστούν.

Η UPRmt ουσιαστικά συγχρονίζει έναν αριθμό μιτοχονδριακών και πυρηνικών γεγονότων για να εξασφαλίσουν τη μιτοχονδριακή πρωτεόσταση και είναι γνωστό ότι παίζει βασικό ρόλο στο μεταβολισμό και την γήρανση στα κύτταρα θηλαστικών. Τώρα, ο Johan Auwerx με τον μεταδιδακτορικό συνεργάτη Xu Wang, στο Εργαστήριο του Auwerx στην EPFL, δημοσίευσαν μελέτη που δείχνει για πρώτη φορά ότι η UPRmt συμβαίνει επίσης σε φυτά σε απόκριση στο πρωτεοτοξικό στρες. Οι επιστήμονες μελέτησαν ένα μικρό Ευρασιατικό φυτό, το Arabidopsis thaliana, το οποίο χρησιμοποιείται ως οργανισμός-μοντέλο για τη μελέτη της γενετικής, της εξέλιξης και της ανάπτυξης του φυτού από την αρχές του 1900.

Ο ερευνητές χρησιμοποίησαν δοξυκυκλίνη, ένα αντιβιοτικό [φάρμακο, που ανήκει στις τετρακυκλίνες και χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση ποικίλων μολύνσεων] που μπλοκάρει τη γονιδιακή μετάφραση στα μιτοχόνδρια για να δημιουργήσει πρωτεοτοξικό στρες στα μιτοχόνδρια του φυτού και βρήκαν ότι ενεργοποίησε ένα ιδιαίτερο στα φυτά [μηχανισμό] UPRmt και καθυστέρησε την ανάπτυξη των κυττάρων του φυτού καθώς και την βιολογική του γήρανση (senescence). Αυτό ταιριάζει με προηγούμενες μελέτες που αναφέρουν ότι ο [μηχανισμός] UPRmt αυξάνει τη διάρκεια ζωής σκωλήκων (C. elegans) και μυγών (Drosophila melanogaster).

Αναζητώντας βιολογικά σήματα οι ερευνητές βρήκαν μια συστηματική ορμονική απόκριση στο φυτικό κύτταρο. Οι φυτικές ορμόνες (φυτορμόνες) ενεργοποιούν ένα σήμα από τον πυρήνα προς το μιτοχόνδριο για να επιδιορθώσει το στρες. «Βρήκαμε ότι το σήμα της φυτικής ορμόνης είναι ένας ουσιαστικός διαμεσολαβητής που ρυθμίζει τη μιτοχονδριακή πρωτεόσταση στα φυτά», αναφέρει ο Johan Auwerx. «Επιπροσθέτως, τα δεδομένα μας όχι μόνο υπογραμμίζουν την καθολική φύση των βασικών χαρακτηριστικών των διαδρομών του σήματος του μιτοχονδριακού στρες, όπως η διατήρηση του UPRmt, αλλά επίσης δείχνουν συγκεκριμένους τελεστές και αντιγραφικά κυκλώματα που αποκλίνουν μεταξύ των βασιλείων φυτών και ζώων».