Kontrola jakości DNA mitochondrialnego
Mitochondria – często opisywane jako elektrownie komórek eukariotycznych – wytwarzają energię potrzebną do zasilania komórek. Do jej wytworzenia mitochondria wykorzystują własny materiał genetyczny, zwany DNA mitochondrialnym (mtDNA), przy czym w każdej komórce znajduje się wiele kopii tego genomu. „Genom ten odgrywa kluczową rolę w procesie wytwarzania energii, a utrzymanie jego integralności jest absolutnie niezbędne dla zdrowia komórek i całych organizmów”, mówi Christof Osman, profesor Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium. „Kiedy mtDNA nie jest stabilne lub jego integralność jest zagrożona, pojawiają się problemy, między innymi zaczynają się rozwijać choroby”. Chociaż naukowcy uważają, że kopie te odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia komórek, mechanizm, za pomocą którego liczba kopii mtDNA jest regulowana, nie został jeszcze w pełni poznany. Dzięki wsparciu finansowanego przez Unię Europejską projektu IlluMitoDNA Christof Osman miał możliwość przyjrzenia się bliżej temu zagadnieniu. „Projekt obejmował badanie dotyczące tego, w jaki sposób komórki ustalają liczbę kopii mtDNA i jak te kopie są rozmieszczone w sieci mitochondrialnej”, dodaje Osman.
Rola genów w regulacji liczby kopii mtDNA
Wykorzystując w tym celu drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae, zespół projektu opracował innowacyjny system, który po raz pierwszy daje uczonym możliwość minimalnie inwazyjnego śledzenia mtDNA w żywych komórkach za pomocą szybkiej mikroskopii fluorescencyjnej. „Łączymy tę technikę obrazowania żywych komórek z mikroskopią superrozdzielczą, technikami sekwencjonowania nowej generacji i metodami biochemicznymi, dzięki czemu możemy uzyskać bezprecedensowy wgląd w mechanizmy komórkowe i molekularne, które regulują rozmieszczenie i dziedziczenie mtDNA oraz utrzymanie jego integralności”, wyjaśnia Osman. Korzystając z tego podejścia, naukowcy byli w stanie zidentyfikować wiele nowych genów, których udział jest niezbędny do utrzymania prawidłowej liczby kopii mtDNA w komórkach. Szczegółowej analizie poddano dwa z tych genów, aby na tej podstawie opisać i zrozumieć ich rolę w regulacji liczby kopii mtDNA. W ramach projektu, który otrzymał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, odkryto również, że komórki drożdży są w stanie rozróżniać mtDNA nienaruszone od zmutowanego. „W procesie tym udział bierze fałd w błonie wewnętrznej mitochondrium, który ogranicza dyfuzję podjednostek kodowanych przez mtDNA, a tym samym tworzy połączenie między kopią mtDNA a jej produktami białkowymi”, dodaje Osman.
Znaczenie dla zdrowia ludzi
Według Osmana, badania te rzucają nowe światło na mechanizmy, za pomocą których komórki regulują liczbę kopii mtDNA. „Chociaż badania zostały przeprowadzone na komórkach drożdży, dokonane przez nas odkrycia stanowią podstawę do zrozumienia mechanizmów regulacji liczby i kontroli jakości kopii mtDNA także u ludzi, co może w przyszłości pomóc nam lepiej zrozumieć choroby, które powstają w wyniku nieprawidłowego przebiegu tych procesów”, podsumowuje Osman. Mimo że projekt IlluMitoDNA dobiegł już końca, zespół badawczy kontynuuje swoją pracę. Obecnie próbuje znaleźć rozwiązanie zagadki dotyczącej tego, w jaki sposób geny zidentyfikowane podczas projektu warunkują regulację liczby kopii mtDNA na poziomie mechanistycznym. Uczeni zamierzają również zbadać, w jaki sposób przebiegają procesy związane z kontrolą jakości mtDNA na poziomie mechanistycznym.
Słowa kluczowe
IlluMitoDNA, genom, komórki, mitochondria, DNA, zdrowie, mtDNA, choroba, geny, mikroskopia
