Controllo qualità del DNA dei mitocondri
Spesso descritti come la centrale elettrica delle cellule eucariotiche, i mitocondri generano l’energia necessaria per alimentare le cellule. Per farlo, i mitocondri si affidano al proprio genoma, chiamato mtDNA, e ogni cellula contiene più copie del genoma. «Questo genoma svolge un ruolo cruciale nel processo di produzione di energia, e il mantenimento della sua integrità è assolutamente necessario per la salute delle cellule e degli organismi», afferma Christof Osman, professore presso l’Università Ludwig Maximilian di Monaco. «Quando l’mtDNA non viene mantenuto o la sua integrità è compromessa, si sviluppano problemi, tra cui l’insorgere di malattie.» Sebbene gli scienziati ritengano che queste copie svolgano un ruolo fondamentale nel mantenimento della salute delle cellule, il modo in cui il numero di copie dell’mtDNA viene regolato è poco conosciuto. Tuttavia, con il sostegno del progetto IlluMitoDNA, finanziato dall’UE, Osman ha mirato a scoprirlo. «Il progetto ha studiato come le cellule determinano il numero di copie dell’mtDNA e come queste copie sono distribuite lungo la rete mitocondriale», aggiunge Osman.
Il ruolo dei geni nella regolazione del numero di copie dell’mtDNA
Il progetto ha sviluppato un nuovo sistema nel lievito Saccharomyces cerevisiae che, per la prima volta, consente di monitorare in modo mininvasivo l’mtDNA nelle cellule viventi mediante microscopia a fluorescenza ad alta velocità a cellule vive. «Combiniamo questo approccio di immaginografia a cellule vive con la microscopia a super-risoluzione, con le tecniche di sequenziamento di nuova generazione e con gli approcci biochimici per ottenere approfondimenti senza precedenti sui principi cellulari e sui meccanismi molecolari che regolano la distribuzione e l’ereditarietà dell’mtDNA e il mantenimento della sua integrità», spiega Osman. Grazie a questo approccio, i ricercatori sono riusciti a individuare diversi nuovi geni necessari alle cellule per mantenere un numero normale di copie di mtDNA. Durante il progetto, i ricercatori si sono concentrati su due di questi geni, cercando di capirne il ruolo nella regolazione del numero di copie dell’mtDNA. Il progetto, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, ha anche scoperto che le cellule di lievito possono distinguere tra mtDNA intatto e mutante. «Questo processo coinvolge una piega nella membrana interna di un mitocondrio che limita la diffusione delle subunità codificate dall’mtDNA, creando così un legame tra la copia dell’mtDNA e i suoi prodotti proteici», aggiunge Osman.
Implicazioni anche per la salute umana
Secondo Osman, questi studi hanno gettato nuova luce sul modo in cui il numero di copie di mtDNA è regolato nelle cellule. «Anche se il nostro lavoro è stato svolto in cellule di lievito, i nostri risultati costituiscono una base per comprendere la regolazione del numero di copie di mtDNA e il controllo qualità negli esseri umani, il che potrebbe a un certo punto portare a una migliore comprensione delle malattie che insorgono quando questi processi non funzionano correttamente», conclude Osman. Anche se il progetto IlluMitoDNA è terminato, il team di ricerca continua il suo lavoro. Attualmente sta studiando come i geni individuati durante il progetto determinino la regolazione del numero di copie dell’mtDNA a livello meccanicistico. I ricercatori intendono inoltre esplorare il modo in cui il controllo qualità dell’mtDNA funziona a livello meccanicistico.
Parole chiave
IlluMitoDNA, genoma, cellule, mitocondri, DNA, salute, mtDNA, malattia, geni, microscopia
