Este estranho movimento “perolado” dentro das células pode mudar a forma como entendemos as doenças
As mitocôndrias são frequentemente chamadas de usinas de energia da célula porque produzem a energia de que as células precisam para funcionar. Para apoiar esse papel, eles carregam seu próprio material genético, conhecido como DNA mitocondrial (mtDNA).
Cada célula contém centenas a milhares de cópias de mtDNA. 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 mtDNA seja transmitido de forma confiável quando as células se dividem e que os seus genes sejam expressos uniformemente por toda a mitocôndria.
Quando as mitocôndrias ou o seu ADN não funcionam adequadamente, os efeitos podem ser graves. As perturbações têm sido associadas a condições metabólicas e neurológicas, como insuficiência hepática e encefalopatia, bem como a doenças relacionadas com o envelhecimento, como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
Um mistério de longa data na biologia celular
Dada a importância do mtDNA, os pesquisadores têm tentado entender como as células mantêm um espaçamento tão consistente entre os nucleóides. A resposta permaneceu obscura.
“Os mecanismos propostos relacionados à fusão mitocondrial, fissão ou ligação molecular não podem explicar isso, uma vez que o espaçamento dos nucleóides é mantido mesmo quando eles são interrompidos”, diz Suliana Manley, professora do Laboratório de Biofísica Experimental (LEB) da EPFL.
Manley e seu colega Juan Landoni, pós-doutorado na LEB, já identificaram o mecanismo responsável. O seu trabalho aponta para um processo denominado “perolização mitocondrial”, que anteriormente tinha recebido pouca atenção.
O perolização mitocondrial é uma mudança temporária de forma na qual as mitocôndrias formam uma estrutura que se parece com contas em um cordão. Durante esta transformação, clusters de mtDNA são separados e redistribuídos. Isso permite que os nucleóides se espalhem de maneira mais uniforme, mantendo seu espaçamento regular.
Observando as mitocôndrias em ação
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. Estes incluíram imagens de super-resolução, microscopia óptica e eletrônica correlacionada e microscopia de contraste de fase.
Com essas ferramentas, a equipe conseguiu acompanhar nucleóides individuais, capturar mudanças rápidas na forma mitocondrial e compreender melhor como a estrutura interna está organizada.
O que acontece durante a perolização
Imagens de células vivas mostraram que os eventos de formação de pérolas podem acontecer várias vezes por minuto. Durante esses momentos, as mitocôndrias formam brevemente constrições uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento. A distância entre essas “pérolas” corresponde ao espaçamento usual entre os nucleóides.
A maioria dessas seções semelhantes a contas contém um nucleóide próximo ao centro, embora as estruturas também possam se formar sem a presença de mtDNA.
À medida que o processo continua, aglomerados maiores de nucleóides frequentemente se dividem em grupos menores que se estabelecem em pérolas vizinhas. Quando a mitocôndria retorna à sua forma tubular normal, os nucleóides permanecem separados, preservando sua distribuição uniforme.
O que controla o processo
Os pesquisadores também exploraram o que impulsiona e regula a formação de pérolas. Através de experimentos genéticos e farmacológicos, eles descobriram que o cálcio que entra nas mitocôndrias pode desencadear o processo. Além disso, as estruturas da membrana interna ajudam a manter a separação dos nucleóides.
Quando esses fatores regulatórios são interrompidos, os nucleóides tendem a se agrupar em vez de permanecerem espaçados uniformemente.
Uma característica redescoberta das mitocôndrias
“Desde que Margaret Reed Lewis esboçou pela primeira vez a formação de pérolas mitocondriais em 1915, esta tem sido largamente rejeitada como uma anomalia ligada ao stress celular”, diz Landoni. “Mais de um século depois, está emergindo como um mecanismo elegantemente conservado no coração da biologia mitocondrial. Este processo biofísico oferece um meio simples e energeticamente eficiente para distribuir o genoma mitocondrial.”
Por que esta descoberta é importante
As descobertas mostram que as células dependem não apenas de sistemas moleculares complexos, mas também de processos físicos para se manterem organizadas. Compreender como funciona o perolização mitocondrial e como é controlado pode fornecer informações importantes sobre doenças ligadas ao mtDNA.
Este conhecimento pode eventualmente ajudar a orientar novas abordagens para o tratamento de condições associadas à disfunção mitocondrial.
Outros colaboradores
- Pontifícia Universidade Católica do Chile
- Instituto Médico Howard Hughes
- Universidade da Califórnia, São Francisco
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