Προσδιορίστηκε από επιστήμονες ο έλεγχος του μηχανισμού μιτοχονδριακής προστασίας

15/02/2020

Τα μιτοχόνδρια είναι γνωστά ως «πάροχοι ενέργειας» του κυττάρου. Ωστόσο, κάτω από κρίσιμες παθοφυσιολογικές συνθήκες, μπορούν χρησιμοποιήσουν την κυτταρική ενέργεια για αυτοσυντήρηση. Αυτό συμβαίνει όταν ο τρόπος λειτουργίας της μοριακής μηχανής στο μιτοχονδριακό περίβλημα αντιστρέφεται. Διεθνής ερευνητική ομάδα υπό την ηγεσία του Κέντρου Φυσιολογίας και Φαρμακολογίας του Ιατρικού Πανεπιστημίου (MedUni) της Βιέννης, έχει πρόσφατα αναγνωρίσει τα τύπου L κανάλια ασβεστίου στην πλασματική μεμβράνη των νευρώνων ως πυροδότη αυτής της μιτοπροστατευτικής λειτουργίας. Έτσι, ο θεραπευτικός έλεγχος των καναλιών ασβεστίου τύπου L στον εγκέφαλο θα μπορούσαν ουσιαστικά να βελτιώσουν νέες προσεγγίσεις θεραπείας για νευρολογικές ασθένειες, όπως οι νόσοι του Alzheimer και του Parkinson.

Τα μιτοχόνδρια είναι υπεύθυνα για την κανονική λειτουργία σχεδόν όλων των κυττάρων, καθώς είναι οι κύριοι τόποι παραγωγής του ενεργειοφόρου μορίου τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Επιπλέον, τα μιτοχόνδρια είναι οι βασικοί τόποι της βιοσύνθεσης ποικίλων πρωτεϊνών, λιπιδίων, νουκλεοτίδων και μορίων σήμανσης. Είναι ενδιαφέρον ότι, τα μιτοχόνδρια εμφανίζονται να προέρχονται από βακτήρια τα οποία ενσωματώθηκαν στα κύτταρα και τέθηκαν στις υπηρεσίες τους νωρίς κατά τη διάρκεια της βιολογικής εξέλιξης.

Η παραπάνω αναφορά είναι ευρύτερα γνωστή ως «ενδοσυμβιωτική θεωρία». Σε μια συμβίωση, και οι δυο συμμετέχοντες έχουν οφέλη: τα μιτοχόνδρια υποστηρίζουν τις βιοσυνθετικές και βιοενεργητικές ανάγκες των κυττάρων. Σε αντάλλαγμα, το κύτταρο πρόθυμα τρέφει το μιτοχόνδριο, με τη σειρά του επιτρέποτας τους «εξελικτικούς εισβολείς» να διατηρούν το δυναμικό της ζωτικής τους μεμβράνης περίπου των -150 mV.

Κάτω από ορισμένες παθοφυσιολογικές περιστάσεις, το δυναμικό της μιτοχονδριακής μεμβράνης μπορεί να βρεθεί σε σοβαρή απειλή. Λόγω του σημαντικού κυτταρικού ρόλου του μιτοχονδρίου, ένα τέτοιο γεγονός μπορεί τελικά να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο. Έτσι, το μιτοχόνδριο είναι εφοδιασμένο με προστατευτικούς μηχανισμούς που το επιτρέπουν να παραμένει ακέραιο ακόμη και κάτω από δυσμενείς κυτταρικές συνθήκες. Ένας τέτοιος μηχανισμός άμυνας είναι η αντιστροφή του τρόπου λειτουργίας ενός ενζύμου υπεύθυνου για το τελευταίο βήμα της παραγωγής ATP στην μιτοχονδριακή μεμβράνη. Το ένζυμο αυτό, γνωστό ως ATP-συνθάση, τότε καταναλώνει ATP αντί να την δημιουργεί. Σαν ένας μικροσκοπικός κινητήρας, χρησιμοποιεί τη διαθέσιμη ενέργεια για να αντλήσει ιόντα έξω από το μιτοχόνδριο, διατηρώντας με αυτό τον τρόπο το δυναμικό της μιτοχονδριακής μεμβράνης.

Μέχρι σήμερα, λίγα είναι γνωστά σχετικά με τον έλεγχο της αντιστροφής της ATP-συνθάσης. Πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Signaling από τον Helmut Kubista και την ερευνητική ομάδα του ρίχνει νέο φως σε αυτή την υπόθεση. Οι συγγραφείς δείχνουν ότι ιόντα ασβεστίου που εισρέουν στους νευρώνες μέσω των αποκαλούμενων τύπου L καναλιών ασβεστίου, δρουν ως βασικός ρυθμιστής της ATP-συνθάσης. Υπό κανονική νευρωνική δραστηριότητα, η ροή των ιόντων ασβεστίου μέσω των καναλιών τύπου L εξυπηρετεί στο να διεγείρει την παραγωγή ATP. Από την άλλη μεριά, αμέσως μόλις η νευρωνική δραστηριότητα αυξηθεί πέρα από τα φυσιολογικά επίπεδα τα τύπου L κανάλια ασβεστίου επιτρέπουν μεγαλύτερες ποσότητες ασβεστίου να ρέουν στο εσωτερικό του κυττάρου, οπότε η ATP-συνθάση αποκτά τον αντίστροφο τρόπο λειτουργίας. Ένας τέτοιος ζωτικός φυσιολογικός ρόλος των τύπου L καναλιών ασβεστίου στον έλεγχο της μιτοχονδριακής ATP-συνθάσης προηγουμένως ήταν εντελώς άγνωστος.

Κατά τα τελευταία χρόνια, υπήρξαν πλήθος ενδείξεων που συνδέουν δυσλειτουργίες στα τύπου L κανάλια ασβεστίου με νευρολογικές διαταραχές όπως οι νόσοι των Alzheimer και Parkinson. Ειδικοί στον τομέα εξετάζουν τον φαρμακολογικό έλεγχο των τύπου L καναλιών ασβεστίου στον εγκέφαλο ως θεραπευτική επιλογή για τις ασθένειες αυτές.

Πηγή: Medical University Vienna

Περισσότερα στη δημοσίευση: L-type Ca2+ channel–mediated Ca2+ influx adjusts neuronal mitochondrial function to physiological and pathophysiological conditions. Science Signaling.

ΠΗΓΗ: egno.gr