I bioingegneri dell'UCLA e i loro colleghi hanno scoperto una nuova prospettiva su come le cellule regolano le dimensioni dei mitocondri, le parti delle cellule che forniscono energia, tagliandoli in unità più piccole.

I ricercatori hanno scritto che questa scoperta, dimostrato con proteine ​​di lievito, potrebbe eventualmente essere utilizzato per aiutare ad affrontare le malattie umane associate a una regolazione squilibrata delle dimensioni dei mitocondri, ad esempio Malattie di Alzheimer o Parkinson. Inoltre, poiché avere mitocondri troppo piccoli o troppo grandi può potenzialmente portare a malattie incurabili, è ipotizzabile che le proteine ​​responsabili di questo processo possano essere potenziali bersagli per future terapie.

Lo studio è stato pubblicato su Scienze Centrali ACS ed è stato guidato dal professore di bioingegneria dell'UCLA Gerard Wong.

Dentro la cella, i mitocondri assomigliano ai lunghi palloncini usati per creare animali a palloncino. Se i mitocondri sono troppo lunghi, possono aggrovigliarsi. Le loro dimensioni sono note per essere regolate principalmente da due proteine, uno dei quali rompe i mitocondri più lunghi in dimensioni più piccole. Sono conosciuti come "centrali elettriche" delle cellule poiché convertono l'energia chimica dal cibo in una forma utile alle cellule per svolgere tutte le loro funzioni.

Mantenere i mitocondri a dimensioni ottimali è importante per la salute delle cellule. Una quantità insufficiente della proteina regolatrice, noto come Dnm1, fa sì che i mitocondri diventino troppo lunghi e aggrovigliati. Troppo Dnm1 provoca troppi mitocondri corti. In entrambi i casi, i mitocondri sono resi essenzialmente inefficaci come fornitori di energia per la cellula. Questa situazione potrebbe portare a disturbi dello sviluppo neurologico o malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer o il Parkinson.

Per comprendere meglio questo meccanismo, i ricercatori hanno utilizzato un approccio di apprendimento automatico sviluppato nel 2016 per capire esattamente come le proteine ​​rompono un mitrocondrio in due più piccoli. Hanno anche usato una potente tecnica chiamata "scattering di raggi X a piccolo angolo di sincrotrone" presso la sorgente di luce di radiazione di sincrotrone di Stanford, una struttura di ricerca del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, per vedere come queste proteine ​​deformano le membrane mitocondriali durante questo processo.

Prima di questo studio, si pensava che queste proteine ​​circondassero i mitocondri, quindi tagliarlo in due semplicemente stringendo forte. Il processo, la squadra ha scoperto, è più sottile.

"Quando Dnm1 avvolge i mitocondri, è stato precedentemente dimostrato che la proteina si stringe e pizzica fisicamente, " ha detto Michelle Lee, un neolaureato in bioingegneria dell'UCLA che è stato consigliato da Wong ed è uno dei due autori principali dello studio. "Quello che abbiamo scoperto è che quando Dnm1 entra in contatto con la superficie mitocondriale, rende anche quell'area del mitocondrio stesso più modellabile e più facile da sottoporre a scissione. Questi due effetti lavorano di pari passo per rendere efficiente il processo di divisione mitocondriale".

L'altro autore principale è Ernest Lee, uno studente laureato nel programma di formazione per scienziati medici UCLA-Caltech e uno studente laureato in bioingegneria consigliato anche da Wong. Ha svolto le analisi computazionali per l'esperimento.

"Utilizzando il nostro strumento di apprendimento automatico, siamo stati in grado di scoprire attività di rimodellamento della membrana nascosta in Dnm1, coerente con i nostri studi a raggi X, " Lee ha detto. "Interessante, analizzando parenti lontani di Dnm1, abbiamo scoperto che la proteina ha gradualmente evoluto questa capacità nel tempo".

"Questo è un risultato davvero inaspettato:nessuno pensava che queste molecole avrebbero avuto una doppia personalità, con entrambe le personalità necessarie per la funzione biologica, " ha detto Wong, che è anche professore di chimica e biochimica all'UCLA ed è membro del California NanoSystems Institute. "Il comportamento multifunzionale che abbiamo identificato potrebbe essere la regola piuttosto che l'eccezione per le proteine".