Investigadores de la Universidad de Buffalo y sus colaboradores han desarrollado nuevas y poderosas formas de estudiar y potencialmente revertir los mecanismos celulares que causan las enfermedades mitocondriales y el envejecimiento prematuro.

Las mitocondrias proporcionan la mayor parte de la energía que las células necesitan para funcionar normalmente, por lo que los defectos genéticos en las mitocondrias pueden causar enfermedades graves que pueden ser devastadoras si no se detectan y tratan a tiempo.

Pero no se ha entendido bien exactamente cómo esos defectos mitocondriales conducen a la enfermedad y al envejecimiento. Un artículo publicado hoy en Aging Cell revela por primera vez la conexión entre los defectos mitocondriales y las señales clave en el proceso de envejecimiento. En un Nature Communications separado artículo, los investigadores describen cómo una nueva técnica que desarrollaron basada en la optogenética puede ayudar a restaurar la función normal a las interacciones mitocondriales anormales.

Mitocondrias y telómeros

La célula que envejece El artículo vincula, por primera vez, la disfunción mitocondrial con el acortamiento de los telómeros, un biomarcador clave del envejecimiento prematuro.

"Los telómeros son secuencias de ADN especializadas que actúan como tapas que estabilizan los extremos de los cromosomas", explicó Taosheng Huang, MD, Ph.D., profesor y jefe de la División de Genética del Departamento de Pediatría de la Facultad de Medicina y Biomédica Jacobs. Ciencias en la UB.

"El acortamiento de los telómeros generalmente se considera un biomarcador importante del envejecimiento, pero durante mucho tiempo nadie conocía el mecanismo. Ahora podemos vincular la disfunción mitocondrial directamente con el acortamiento de los telómeros", dijo Huang, autor principal del artículo. .

Los experimentos se realizaron con un tipo de modelo de ratón llamado "mutador" Polg en el que los ratones portan un defecto genético específico que acelera la tasa de mutaciones del ADN mitocondrial.

"También pudimos mostrar en humanos cómo un solo cambio de nucleótido en el ADN mitocondrial que está asociado específicamente con una función deficiente de las mitocondrias y que causa trastornos mitocondriales pediátricos puede acelerar el envejecimiento", dijo Huang. "Descubrimos que las especies reactivas de oxígeno debido a la mala función de las mitocondrias conducen a un mayor daño en el ADN con el tiempo".

El artículo es el primero en mostrar que las mutaciones del ADN mitocondrial en este modelo producen un envejecimiento más rápido, como lo demuestra el reloj del ADN, que estima la edad biológica de un individuo de acuerdo con marcadores químicos particulares en el ADN.

Huang señaló que la investigación es el resultado de una colaboración exitosa entre todos los autores, incluido Steve Horvath, Ph.D., profesor de genética humana y bioestadística en UCLA, quien desarrolló el reloj de ADN, así como Patricia Opresko, Ph.D., profesor asociado de la Universidad de Pittsburgh y Sabine Mai, Ph.D., de la Universidad de Manitoba, ambos expertos en telómeros y daño de los telómeros.

Jesse Slone, Ph.D., ex postdoctorado en el laboratorio de Huang en el Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati y ahora profesor asistente de investigación en el Departamento de Pediatría de la UB, es el coautor principal. Otros coautores son de la Universidad de Nanchang y del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati.

Orquestación de interacciones celulares

Publicado el 25 de julio, Nature Communications El artículo revela cómo la optogenética, que utiliza la luz para manipular la actividad celular, puede emplearse como una herramienta no solo para estudiar, sino también para orquestar las interacciones de los orgánulos celulares en tiempo real.

El documento se centra en la dinámica mitocondrial, los procesos que estos orgánulos están experimentando constantemente para mantener un equilibrio saludable en la célula. Se involucran en la fisión, donde una mitocondria se divide en dos, y la fusión, donde dos se fusionan para convertirse en una. Un desequilibrio en una célula entre los dos tipos de procesos puede provocar una enfermedad mitocondrial.

"En las Comunicaciones de la Naturaleza artículo, describimos una tecnología que desarrollamos que nos permite por primera vez manipular directamente las interacciones entre las mitocondrias y otros orgánulos en la célula", dijo Huang.

"Al utilizar la optogenética para forzar una interacción física entre las mitocondrias y otro componente celular, el lisosoma, pudimos restaurar las mitocondrias a un tamaño más normal y al mismo tiempo mejorar sus funciones de producción de energía", explicó Huang. "Creemos que este nuevo hallazgo podría usarse como base para futuros diagnósticos y tratamientos para este grupo de enfermedades".

El trabajo fue posible gracias al uso de una poderosa tecnología de imágenes llamada microscopía de iluminación estructural (SIM) disponible en la Universidad de Cincinnati, donde Huang comenzó esta investigación antes de ocupar su puesto actual en la UB. SIM permite imágenes en tiempo real de resolución extremadamente alta en células vivas. + Explora más

Descubierta una nueva vía molecular relacionada con el envejecimiento