Los bioingenieros de UCLA y sus colegas han descubierto una nueva perspectiva sobre cómo las células regulan el tamaño de las mitocondrias. las partes de las células que proporcionan energía, cortándolos en unidades más pequeñas.

Los investigadores escribieron que este hallazgo, demostrado con proteínas de levadura, eventualmente podría usarse para ayudar a abordar las enfermedades humanas asociadas con una regulación desequilibrada del tamaño de las mitocondrias, por ejemplo, Enfermedades de Alzheimer o Parkinson. Además, Dado que tener mitocondrias que son demasiado pequeñas o demasiado grandes puede conducir a enfermedades incurables, Es concebible que las proteínas responsables de este proceso puedan ser objetivos potenciales para futuras terapias.

El estudio fue publicado en Ciencia Central ACS y fue dirigido por el profesor de bioingeniería de UCLA, Gerard Wong.

Dentro de la celda las mitocondrias se asemejan a los globos largos que se utilizan para crear animales con globos. Si las mitocondrias son demasiado largas, pueden enredarse. Se sabe que sus tamaños están regulados principalmente por dos proteínas, uno de los cuales rompe las mitocondrias más largas en tamaños más pequeños. Se les conoce como "centrales eléctricas" de las células, ya que convierten la energía química de los alimentos en una forma útil para que las células realicen todas sus funciones.

Mantener las mitocondrias en tamaños óptimos es importante para la salud de las células. Una cantidad insuficiente de la proteína reguladora, conocido como Dnm1, hace que las mitocondrias se alarguen demasiado y se enreden. Demasiado Dnm1 da como resultado demasiadas mitocondrias cortas. En ambos casos, las mitocondrias se vuelven esencialmente ineficaces como proveedores de energía para la célula. Esta situación podría conducir a trastornos del neurodesarrollo o enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer o el Parkinson.

Para comprender mejor este mecanismo, Los investigadores utilizaron un enfoque de aprendizaje automático que desarrollaron en 2016 para descubrir exactamente cómo las proteínas dividen una mitrocondria en dos más pequeñas. También utilizaron una poderosa técnica llamada "dispersión de rayos X de ángulo pequeño sincrotrón" en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford, una instalación de investigación del Departamento de Energía de EE. UU., para ver cómo estas proteínas deforman las membranas mitocondriales durante este proceso.

Antes de este estudio, se pensaba que estas proteínas rodeaban las mitocondrias, luego córtelo en dos simplemente apretándolo con fuerza. El proceso, el equipo descubrió, es más sutil.

"Cuando Dnm1 envuelve las mitocondrias, Se ha demostrado previamente que la proteína aprieta y aprieta físicamente, "dijo Michelle Lee, un reciente doctorado en bioingeniería de UCLA que fue asesorado por Wong y es uno de los dos autores principales del estudio. "Lo que encontramos es que cuando Dnm1 entra en contacto con la superficie mitocondrial, también hace que esa área de la mitocondria en sí sea más moldeable y más fácil de someter a escisión. Estos dos efectos trabajan de la mano para hacer que el proceso de división mitocondrial sea eficiente ".

El otro autor principal es Ernest Lee, estudiante de posgrado en el Programa de Capacitación para Científicos Médicos de UCLA-Caltech y estudiante de posgrado en bioingeniería también asesorado por Wong. Realizó los análisis computacionales para el experimento.

"Con nuestra herramienta de aprendizaje automático, pudimos descubrir actividad de remodelación de membrana oculta en Dnm1, de acuerdo con nuestros estudios de rayos X, "Dijo Lee." Curiosamente, analizando parientes lejanos de Dnm1, descubrimos que la proteína desarrolló gradualmente esta capacidad con el tiempo ".

"Este es un resultado muy inesperado:nadie pensó que estas moléculas tendrían una personalidad dividida, con ambas personalidades necesarias para la función biológica, "dijo Wong, quien también es profesor de química y bioquímica de UCLA y es miembro del California NanoSystems Institute. "El comportamiento multifuncional que identificamos puede ser la regla más que la excepción para las proteínas".