Usando le cellule di lievito come modello, scienziati dell'A.N. Istituto Belozersky di biologia fisico-chimica, Lomonosov Moscow State University ha studiato i meccanismi che consentono alle cellule di proteggersi dall'invasione di molecole di DNA mitocondriale egoistiche. I risultati sono stati pubblicati nel Journal of Cell Science .

Le informazioni sulla struttura e sul funzionamento di una cellula sono codificate nel suo DNA. Sebbene la maggior parte di queste informazioni sia codificata nel DNA nucleare, una piccola ma essenziale parte è immagazzinata separatamente nel DNA mitocondriale (mtDNA). Il ruolo principale dei mitocondri è convertire l'energia in ATP, la "valuta molecolare" di una cellula. Il DNA mitocondriale codifica per alcune delle proteine ​​coinvolte nella funzione mitocondriale. Molecole di DNA mitocondriale egoiste emergono come risultato di mutazioni. Tali molecole di mtDNA di solito contengono grandi delezioni. Queste molecole di mtDNA non contengono informazioni necessarie per il funzionamento mitocondriale, ma hanno un vantaggio competitivo rispetto alle molecole di mtDNA funzionali, essendo più corte del normale mtDNA, le molecole di mtDNA egoiste sono in grado di replicarsi più velocemente di quelle normali. Di conseguenza, eventualmente mtDNA egoisti sostituiscono le molecole di mtDNA funzionali. L'accumulo di molecole di mtDNA egoistiche nelle cellule può compromettere il funzionamento dei mitocondri e indurre patologie. Nel loro lavoro gli scienziati hanno studiato potenziali strategie per proteggere le cellule dall'espansione clonale del mtDNA egoista.

Dmitry Knorre, un ricercatore senior presso l'A.N. Istituto Belozersky di biologia fisico-chimica, condivide l'autore corrispondente dello studio:"Abbiamo incrociato cellule di lievito contenenti diverse varianti (normali ed egoiste) del mtDNA e osservato i risultati della loro "competizione". Questo esperimento è stato possibile perché cellule di lievito diploidi, a differenza degli zigoti dei mammiferi, ereditano mtDNA da entrambi i gameti (genitori)."

I biologi hanno scoperto che i disaccoppiatori della fosforilazione ossidativa (vale a dire, composti, che diminuiscono l'efficienza della conversione dell'energia mitocondriale) cambiano i risultati di questa "competizione" a favore del mtDNA funzionale. In particolare, questo effetto dei disaccoppiatori potrebbe essere osservato solo in quelle cellule, dove i mitocondri potrebbero dividersi in frammenti separati e subire la digestione intracellulare.

Dmitry Knorre afferma:"Abbiamo scoperto che i disaccoppiatori stimolano il turnover mitocondriale nelle cellule. Tuttavia, questo effetto è ben pronunciato solo negli zigoti ma non nelle cellule di lievito aploidi. Forse, la digestione dei mitocondri non funzionali è un meccanismo evolutivo conservato che protegge gli organismi dall'invasione del mtDNA egoista durante la riproduzione sessuale".

Nella loro ricerca, gli scienziati hanno utilizzato la microscopia a fluorescenza e la microscopia elettronica e anche tecniche di biologia molecolare.

I biologi continueranno a studiare i meccanismi di degradazione dei mitocondri nelle diverse fasi del ciclo di vita del lievito. Vogliono scoprire come il macchinario molecolare cellulare della "digestione dei mitocondri" riconosce i mtDNA cattivi nascosti da due strati di membrana e come la cellula decide se eliminare questo mitocondrio o meno.