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La scoperta delle “batterie” delle cellule rafforza la battaglia contro molte malattie

Una nuova ricerca di Zhen Yan, PhD e colleghi dell’UVA rivela come le nostre cellule percepiscono i problemi ed eseguono il controllo di qualità sulle “batterie” cellulari note come mitocondri. Yan ha passato molti anni a cercare di capire meglio il funzionamento dei mitocondri e definisce la nuova scoperta la più eccitante della sua carriera.
CREDITO: Dan Addison | Salute UVA

Un ricercatore di alto livello presso la School of Medicine dell’Università della Virginia ha rivelato come i nostri corpi assicurano il corretto funzionamento delle centrali elettriche delle nostre cellule. I risultati potrebbero aprire la porta a trattamenti migliori per molte malattie comuni, tra cui l’Alzheimer e il diabete.

La nuova ricerca di Zhen Yan, PhD e colleghi dell’UVA rivela come le nostre cellule percepiscono i problemi ed eseguono il controllo di qualità sulle “batterie” cellulari note come mitocondri. Yan ha passato molti anni a cercare di capire meglio il funzionamento dei mitocondri e definisce la nuova scoperta la più eccitante della sua carriera.

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“I mitocondri sono il centro dell’universo per me poiché letteralmente tutte le cellule del nostro corpo si affidano ai mitocondri per la produzione di energia e devono avere un sistema a prova di proiettile per garantire che le centrali elettriche funzionino correttamente”, ha affermato Yan, direttore del Center for Skeletal Muscle Research presso Centro di ricerca cardiovascolare Robert M. Berna dell’UVA. “Le malattie croniche, note anche come malattie non trasmissibili, come il diabete, l’insufficienza cardiaca e il morbo di Alzheimer, che hanno un impatto catastrofico su così tanti individui, famiglie e sull’intera società, sono causate da problemi dei mitocondri nelle cellule”.

Rilevatori di stress

Yan e il suo team hanno scoperto speciali sensori sulla membrana esterna che circonda i mitocondri in vari tessuti sia nei topi che nell’uomo. Questi sensori rilevano lo “stress energetico”, come quello causato dall’esercizio o dal digiuno, e segnalano la degradazione e la rimozione dei mitocondri danneggiati. Questo processo di pulizia essenziale è noto come “mitofagia” e la sua esistenza è stata suggerita per la prima volta più di 100 anni fa. Ma come funziona non è mai stato completamente compreso. La nuova ricerca di Yan offre risposte a lungo ricercate.

Yan e i suoi colleghi hanno scoperto che i sensori mitocondriali, noti come “mitoAMPK”, esistono in forme leggermente diverse in diversi tessuti. Ad esempio, un tipo sembrava particolarmente attivo nel muscolo scheletrico. In un nuovo articolo scientifico che delinea le loro scoperte, i ricercatori descrivono la varietà di sensori come “inaspettatamente complessa”. Proseguono delineando come questi sensori forniscono un sistema vitale di controllo dei danni che salvaguarda la nostra fornitura di energia cellulare.

Una scoperta dello studio che Yan trova estremamente eccitante: il trattamento dei topi con metformina, il farmaco antidiabetico di prima linea più efficace, attiva il mitoAMPK nei muscoli scheletrici senza attivare l’AMPK nelle altre parti delle cellule. La scoperta è la migliore illustrazione dell’importanza dell’attivazione del mitoAMPK e del controllo di qualità mitocondriale nel trattamento di una comune malattia cronica che è nota per essere causata dall’accumulo di mitocondri disfunzionali nel nostro corpo. Spiega anche perché l’esercizio fisico regolare è così potente nella prevenzione e nel trattamento di tali malattie.

Le nuove conoscenze acquisite sul controllo della qualità mitocondriale stimoleranno gli sforzi per sviluppare nuovi trattamenti per le malattie non trasmissibili che hanno raggiunto proporzioni pandemiche e si stima che causino il 71% di tutti i decessi.

Yan, che fa parte della Divisione di Medicina Cardiovascolare dell’UVA, afferma che sarà importante per i medici capire meglio come malattie specifiche interferiscono con la funzione mitocondriale. E le sue nuove scoperte hanno posto le basi per questo.

“Abbiamo sviluppato modelli genetici per individuare i passaggi chiave dell’attivazione di mitoAMPK e siamo sulla buona strada per scoprire le molecole magiche controllate da mitoAMPK”, ha affermato Yan. “I risultati ci hanno insegnato molto sulla bellezza del sistema di sensori nel nostro corpo. La società dovrebbe sicuramente trarre vantaggio da questi risultati per promuovere l’esercizio regolare per la salute e la prevenzione delle malattie e sviluppare farmaci efficaci per l’esercizio fisico”.

Risultati pubblicati

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica PNAS . Il gruppo di ricerca era composto da Joshua C. Drake, Rebecca J. Wilson, Rhianna C. Laker, Yuntian Guan, Hannah R. Spaulding, Anna S. Nichenko, Wenqing Shen, Huayu Shang, Maya V. Dorn, Kian Huang, Mei Zhang, Aloka B. Bandara, Matthew H. Brisendine, Jennifer A. Kashatus, Poonam R. Sharma, Alexander Young, Jitendra Gautam, Ruofan Cao, Horst Wallrabe, Paul A. Chang, Michael Wong, Eric M. Desjardins, Simon A. Hawley, George J. Christ, David F. Kashatus, Clint L. Miller, Matthew J. Wolf, Ammasi Periasamy, Gregory R. Steinber, D. Grahame Hardie e Yan.

La ricerca è stata supportata dalle sovvenzioni del National Institutes of Health R01-AR050429, R00-AG057825, R01-AG067048 e T32 HL007284-37; Borsa di studio post-dottorato dell’American Heart Association 14POST20450061 e borsa di studio 114PRE20380254; Sovvenzione della Canadian Institutes of Health Research Foundation 201709FDN-CEBA-116200; Diabetes Canada Investigator Award DI-5-17-5302-GS; e una cattedra di ricerca canadese di livello 1 e la cattedra dotata di J. Bruce Duncan in malattie metaboliche. Come parte del loro lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un microscopio FLIM-FRET multifotone UVA Keck Center Zeiss 780 e un confocale Leica SP5X supportato dal NIH.

Per tenerti aggiornato sulle ultime notizie sulla ricerca medica da UVA, iscriviti al blog Making of Medicine all’indirizzo http://makingofmedicine.virginia.edu.

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