I mitocondri sono organelli cellulari che svolgono ruoli critici nel mantenimento della salute della cellula, o omeostasi. Un modo in cui i mitocondri lo fanno è raccogliendo energia attraverso la fosforilazione ossidativa, dove vari enzimi nei mitocondri rilasciano energia per produrre la molecola ATP, la "moneta energetica" della cellula che può essere utilizzata in altri processi. Questo è il motivo per cui i mitocondri sono spesso descritti come la "centrale energetica" della cellula.

La maggior parte delle proteine ​​mitocondriali è codificata dal DNA nel nucleo della cellula. Però, i mitocondri contengono anche un po' del proprio DNA, che codifica anche alcune delle loro proteine. A causa di questa doppia origine, i mitocondri sono soggetti a stress proteotossico:vari fattori che danneggiano la produzione, pieghevole, e struttura 3D delle proteine ​​mitocondriali, pregiudicando così la loro funzione.

I mitocondri mantengono la salute delle loro proteine ​​(o "proteostasi") attraverso un'intricata rete di controllo della qualità di proteine ​​chaperone ed enzimi proteasi. Uno di questi esempi è la risposta alle proteine ​​dispiegate mitocondriali (UPRmt), che descrive una sequenza di eventi di riparazione innescati quando una proteina mitocondriale viene spiegata o mal ripiegata, e le proteine ​​chaperone non sono in grado di gestirlo.

L'UPRmt essenzialmente sincronizza una serie di eventi mitocondriali e nucleari per garantire la proteostasi mitocondriale, ed è noto per svolgere ruoli chiave nel metabolismo e nell'invecchiamento nelle cellule dei mammiferi. Però, gli scienziati non hanno saputo se esiste anche nelle piante.

Ora, Johan Auwerx e il borsista post-dottorato Xu Wang nel laboratorio di Auwerx all'EPFL hanno pubblicato uno studio che mostra per la prima volta che l'UPRmt si verifica anche nelle piante in risposta allo stress proteotossico. Gli scienziati hanno studiato una piccola pianta eurasiatica Arabidopsis thaliana, che è stato utilizzato come organismo modello per lo studio della genetica, Evoluzione, e lo sviluppo delle piante a partire dai primi anni del 1900.

I ricercatori hanno usato doxiciclina, un antibiotico che blocca la traduzione genica nei mitocondri per indurre stress proteotossico ai mitocondri della pianta, e ha scoperto che ha attivato un UPRmt specifico per la pianta e ha ritardato la crescita delle cellule vegetali e il suo invecchiamento biologico (senescenza). Ciò corrispondeva a studi precedenti che riportavano che l'UPRmt aumenta la durata della vita dei vermi (C. elegans) e delle mosche (Drosophila melanogaster).

Nella ricerca dei segnali biologici alla base della comunicazione mito-nucleare nell'UPRmt, i ricercatori hanno trovato una risposta ormonale sistemica nella cellula vegetale. Gli ormoni vegetali (fitormoni) attivano un segnale dal nucleo al mitocondrio per riparare lo stress.

"Abbiamo scoperto che la segnalazione dell'ormone vegetale è un mediatore essenziale che regola la proteostasi mitocondriale nelle piante, " dice Johan Auwerx. "Inoltre, i nostri dati non solo evidenziano la natura universale delle caratteristiche chiave delle vie di segnalazione dello stress mitonucleare, come l'UPRmt conservato, ma indicano anche effettori specifici e circuiti trascrizionali divergenti tra il regno vegetale e quello animale".