Ρυθμίζοντας τη γήρανση: Ερευνητές αποκαλύπτουν νέο κυτταρικό μηχανισμό που συντονίζει τη διαδικασία δημιουργίας και καταστροφής των μιτοχονδρίων

Πρόσφατη έρευνα στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ, τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύονται σήμερα στο Nature, ένα από τα πιο έγκριτα διεθνή επιστημονικά περιοδικά, ρίχνει για πρώτη φορά φως σε ένα σημαντικό μηχανισμό ελέγχου της γήρανσης. Οι ερευνητές του ΙΜΒΒ Κωνσταντίνος Παληκαράς και Δρ. Ειρήνη Λιονάκη, με επικεφαλής τον Καθ. Νεκτάριο Ταβερναράκη, αποκάλυψαν ένα κομβικό μονοπάτι μοριακής σηματοδότησης που συντονίζει τη δημιουργία και, ταυτόχρονα, την καταστροφή των μιτοχονδρίων στα κύτταρα, κατά τη γήρανση, καθορίζοντας τη διάρκεια ζωής.

Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια τα οποία αποτελούν «εργοστάσια παραγωγής ενέργειας» του κυττάρου και είναι απολύτως απαραίτητα για πολλές, βασικές κυτταρικές λειτουργίες. Αλλαγές στον αριθμό, τη μορφολογία και την εύρυθμη λειτουργία των μιτοχονδρίων επηρεάζουν τόσο την ομοιόσταση του κυττάρου όσο και τον μεταβολισμό, την υγεία και το προσδόκιμο ζωής ολόκληρου του οργανισμού. Κάθε ανθρώπινο κύτταρο περιέχει εκατοντάδες μιτοχόνδρια. Δυσλειτουργίες στα οργανίδια αυτά είναι υπεύθυνες για σοβαρές παθολογικές καταστάσεις όπως καρδιομυοπάθειες, νευρομυϊκές ανωμαλίες, νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως οι νόσοι Parkinson’s, Alzheimer’s και άλλες.

Συνεπώς, η διατήρηση της λειτουργικότητας τόσο των μιτοχονδρίων όσο και ολόκληρου του κυττάρου απαιτεί ακριβή έλεγχο / συντονισμό της απομάκρυνσης των κατεστραμμένων, καθώς και της δημιουργίας νέων μιτοχονδρίων. Για το λόγο αυτό, όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν αναπτύξει ένα ευρύ φάσμα μοριακών μηχανισμών που είναι απαραίτητοι για την διατήρηση της μιτοχονδριακής ομοιόστασης. Η μιτοφαγία, μια εξειδικευμένη μορφή κυτταρικής αυτοφαγίας, αποτελεί έναν επιλεκτικό τρόπο απομάκρυνσης και καταστροφής των μη λειτουργικών μιτοχονδρίων.

Η διαδικασία αυτή ρυθμίζει το μέγεθος του πληθυσμού των μιτοχονδρίων στα κύτταρα ανάλογα με την μεταβολική δραστηριότητα ή το στρες. Άγνωστο όμως παρέμενε πως τα κύτταρα συντονίζουν δύο ανταγωνιστικές διαδικασίες, όπως η δημιουργία και η ανακύκλωση των μιτοχονδρίων, με σκοπό την εξασφάλιση της κυτταρικής ομοιόστασης και την υποστήριξη της μακροπρόθεσμης επιβίωσης.

Με τη μελέτη που δημοσιεύεται σήμερα, χρησιμοποιώντας ως πειραματικό σύστημα το νηματώδη Caenorhabditis elegans, οι ερευνητές του ΙΜΒΒ έδειξαν ότι η πρωτεΐνη DCT-1/NIX στην επιφάνεια των μιτοχονδρίων αποτελεί τον κεντρικό διακόπτη του μηχανισμού. Η πρωτεΐνη αυτή είναι συστατικό των μιτοχονδρίων σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς και στον άνθρωπο. Η λειτουργία της ρυθμίζεται από ενδογενή και εξωγενή σήματα ώστε να επάγει τελικά την καταστροφή των μιτοχονδρίων με τη διαδικασία της μιτοφαγίας.

H συσσώρευση κατεστραμμένων μιτοχονδρίων προκαλεί οξειδωτικό στρες, οδηγώντας στην έναρξη κατάλληλης κυτταρικής σηματοδότησης, η οποία περιλαμβάνει τόσο την επαγωγή γονιδίων που ρυθμίζουντόσο τη μιτοχονδριακή βιογένεση όσο και τη μιτοφαγία. Ο συντονισμός των δύο αυτών διαδικασιών διατηρεί την εύρυθμη μιτοχονδριακή λειτουργία, απομακρύνοντας τα κατεστραμμένα μιτοχόνδρια και δημιουργώντας νέα και υγιή.

Τα ευρήματα των ερευνητών του ΙΜΒΒ αναδεικνύουν ένα εξελιγμένο μοριακό μηχανισμό ο οποίος επιτρέπει στα κύτταρα να αυξομειώνουν τον αριθμό των μιτοχονδρίων ανάλογα με τις ενεργειακές τους ανάγκες και την έκθεση σε ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες στρες. Είναι σημαντικό ότι μείωση των επιπέδων μιτοφαγίας κατά την γήρανση οδηγεί σε προοδευτική συσσώρευση, κυρίως μη λειτουργικών μιτοχονδρίων, ως αποτέλεσμα τόσο της μη απομάκρυνσης των κατεστραμμένων όσο και της εξασθένισης στη δημιουργία νέων μιτοχονδρίων. Κάτι τέτοιο οδηγεί τελικά σε ελάττωση του προσδόκιμου επιβίωσης. Αντίθετα, ενίσχυση της ανακύκλωσης των μιτοχονδρίων έχει ως αποτέλεσμα τη θωράκιση της ομοιόστασης των κυττάρων, την ανθεκτικότητα στο στρες και την σημαντική αύξηση της διάρκειας ζωής του οργανισμού.

Τα αποτελέσματα της έρευνας που δημοσιεύεται σήμερα είναι καθοριστικής σημασίας για την έρευνα και την κατανόηση της γήρανσης στον άνθρωπο, και αναμένεται ότι θα αξιοποιηθούν για την αντιμετώπιση συνοδών νοσημάτων τα οποία χαρακτηρίζονται από ανεξέλεγκτη συσσώρευση μιτοχονδρίων όπως καρδιαγγειακά νοσήματα και νευροεκφυλιστικές ασθένειες, με στοχευμένες θεραπευτικές παρεμβάσεις.

Πηγή: Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας

Περισσότερα στο άρθρο: Coordination of mitophagy and mitochondrial biogenesis during ageing in C. elegans, Konstantinos Palikaras, Eirini Lionaki & Nektarios Tavernarakis, Nature (2015)