Las mitocondrias son las centrales eléctricas de la célula. Y para las mitocondrias, muy parecido a las locomotoras de doble cabezal apiladas juntas en un tren de vapor, trabajar en múltiplos tiene sus beneficios.

Una nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis muestra que cuando las células se dividen rápidamente, sus mitocondrias están fusionadas. En esta configuración, la célula puede utilizar el oxígeno de forma más eficiente como energía. Las mitocondrias fusionadas también producen un subproducto bioquímico, aspartato eso es clave para la división celular.

Este trabajo de investigadores del laboratorio de Gary Patti, el Profesor Asociado Michael y Tana Powell de Química en Artes y Ciencias, se informó en una publicación reciente en la revista eLife. Ilumina el funcionamiento interno de las células en división y muestra cómo las mitocondrias se combinan para ayudar a las células a multiplicarse de formas inesperadas.

Dado que se sabe que las células cancerosas se dividen a un ritmo vertiginoso, los nuevos hallazgos pueden tener implicaciones para el diagnóstico y el tratamiento del cáncer.

"La mayoría de los estudios de células en proliferación se realizan en el contexto del cáncer, donde los científicos comparan un tejido canceroso que crece rápidamente con el tejido normal que rodea el tumor o un tejido normal de un paciente diferente, "dijo Conghui Yao, un doctorado candidato en el laboratorio de Patti en la Universidad de Washington y primer autor del nuevo estudio. "Este tipo de comparaciones son fisiológicamente relevantes pero tienen algunas desventajas.

"Un tumor es algo muy complicado, no solo porque se compone de diferentes tipos de células, sino también porque el entorno de un tumor es diferente al de un tejido sano, " ella añadió.

Por ejemplo, un tumor necesita nutrientes para crecer, pero no tiene la infraestructura de vasos sanguíneos que normalmente abastece a otros tejidos sanos del cuerpo. Como resultado, a los tumores a menudo se les priva de oxígeno.

Pero incluso en presencia de abundante oxígeno, las células cancerosas obtienen energía a través de un proceso de fermentación relativamente ineficaz. En lugar de usar oxígeno para quemar glucosa en sus mitocondrias y obtener su jugo, Las células cancerosas utilizan un proceso de "glucólisis aeróbica" que convierte su glucosa en lactato. Este proceso se llama efecto Warburg.

Aunque el fenómeno se ha observado en células que se dividen rápidamente durante más de 90 años, los científicos todavía no lo entienden completamente. La primera de las explicaciones sugirió que las mitocondrias en las células cancerosas están dañadas de una manera que les impide producir energía normalmente.

Yao estaba familiarizado con el efecto Warburg y sus implicaciones. Entonces, cuando configuró un sistema experimental que le permitió activar y desactivar la división celular, se sorprendió al ver que sus células en división consumían mucho oxígeno.

"Gran parte de la literatura había sugerido que dividir las células haría lo contrario, "Dijo Yao." Así que analizamos no solo por qué nuestras células en división consumían más oxígeno, sino también cómo pudieron consumir más oxígeno ".

Parte de la belleza del experimento inicial de Yao fue su simplicidad:pudo medir el metabolismo en un tipo específico de célula en dos condiciones distintas:cuando la célula se estaba dividiendo y cuando no se estaba dividiendo. También fue así como pudo concentrarse en el cambio estructural particular de las mitocondrias que estaba impulsando las eficiencias que observó.

"Las células en división tenían la misma cantidad de mitocondrias por proteína o por masa, en comparación con las células que no se dividen, "dijo Patti, cuya investigación se centra en las reacciones bioquímicas que subyacen al metabolismo. "Pero notamos cuando obtuvimos imágenes de las mitocondrias en estas células en división que son significativamente más largas".

Más tiempo porque algunas mitocondrias adyacentes se habían fusionado en una, haciendo múltiples, mitocondrias contiguas en más grandes, más eficiente, Máquinas generadoras de energía.

La otra cosa notable que las "megamitocondrias" son particularmente buenas para crear, Yao descubrió, es una molécula llamada aspartato que es esencial para que las células se repliquen.

"Un trabajo reciente de otros laboratorios nos ha enseñado que una de las razones más importantes por las que las células en división necesitan consumir oxígeno es para producir aspartato. Así que tenía sentido para nosotros que la fusión mitocondrial en las células en división aumentaría la producción de aspartato, "Dijo Yao.

Yao y Patti no son los primeros en observar la fusión mitocondrial. Pero están entre los primeros en cuestionar la fusión mitocondrial con tecnologías metabolómicas sofisticadas, permitiendo una comprensión a nivel molecular del proceso en lo que se refiere a la división celular. Las alteraciones bioquímicas que observaron pueden representar procesos que pueden dirigirse a las células cancerosas malignas.

"A menudo se afirma que las células cancerosas que se dividen rápidamente aumentan la fermentación a expensas de disminuir el consumo de oxígeno para la actividad mitocondrial, ", Dijo Patti." Nuestros resultados sugieren que al menos algunas células que se dividen rápidamente aumentan ambos procesos en condiciones normales de oxigenación.

"Dado que la utilización de nutrientes mediante la división rápida de las células cancerosas es la base de varios medicamentos y pruebas de diagnóstico, Estos hallazgos pueden tener una importancia clínica importante y pueden representar una vulnerabilidad metabólica en el cáncer. "Añadió Patti.