Muchas enfermedades relacionadas con la edad comparten una característica común: las mitocondrias de las células comienzan a funcionar mal. Si bien se desconoce la causa, los científicos del Buck Institute han descubierto un nuevo mecanismo de cómo las mitocondrias comienzan a fallar, lo que abre nuevas puertas para que los investigadores exploren cómo comenzar a solucionar el problema.
«Ahora que tenemos esta hipótesis diferente de por qué ocurre la disfunción mitocondrial durante el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad, abrimos una forma completamente diferente de pensar, medir, mitigar y revertir ese proceso», dijo Buck Fellow Chuankai (Kai) Zhou, PhD , autor principal de un estudio publicado en la edición del 2 de marzo de eLifeuna revista líder en investigación biomédica establecida por el Instituto Médico Howard Hughes, la Sociedad Max Planck y Wellcome Trust.
Las mitocondrias se conocen comúnmente como la «central eléctrica» de la célula, ya que las estructuras en forma de frijol proporcionan las unidades de energía que cada célula necesita para funcionar. Están involucrados en muchos procesos críticos, incluida la respuesta inmune, la inflamación y el metabolismo.
La disfunción de las mitocondrias está implicada en la mayoría de las enfermedades crónicas, dijo Zhou, incluidos los trastornos neurodegenerativos, las enfermedades cardiovasculares, el cáncer, la diabetes y la obesidad. Un creciente cuerpo de evidencia indica que esta disfunción contribuye al envejecimiento en general.
El equipo de Zhou quería explorar las contribuciones de la «biogénesis mitocondrial» a la disfunción de las mitocondrias durante el envejecimiento. La biogénesis mitocondrial es el proceso celular que produce nuevas mitocondrias. Determina tanto la calidad como la cantidad de mitocondrias en las células, las cuales disminuyen durante el envejecimiento normal. En las últimas dos décadas, los científicos ya describieron dos pasos principales de la biogénesis mitocondrial: la activación transcripcional de la proteína mitocondrial en el núcleo celular en respuesta a señales de nutrientes/metabólicos y la importación de estas proteínas mitocondriales recién sintetizadas del citosol a las mitocondrias. Sin embargo, no estaba claro cómo estos dos pasos de la biogénesis mitocondrial se coordinan entre sí para optimizar la síntesis y la importación de proteínas mitocondriales. El equipo de Zhou descubrió que una molécula receptora conservada en la superficie de las mitocondrias llamada Tom70 podría ser responsable de coordinar estos dos pasos al regular la actividad transcripcional de las proteínas mitocondriales dentro del núcleo.
Se sabe que Tom70 facilita la importación de proteínas mitocondriales recién sintetizadas. Sin embargo, anotó Zhou, la cantidad de proteína creada debe ajustarse para satisfacer las necesidades y la capacidad de importación de las mitocondrias, pero no sobrepasar la producción de modo que el exceso se acumule dentro de la célula, lo que daña las células y puede matarlas.
En el estudio actual, su equipo usó la levadura como modelo para probar si Tom70 regula la biogénesis mitocondrial al coordinar el intrincado equilibrio entre la producción de proteínas destinadas a las mitocondrias y la velocidad a la que estas proteínas pueden ser escoltadas hacia las mitocondrias. Descubrieron que sí. La función reguladora similar de Tom70 se conserva en las moscas de la fruta.
Los dos procesos de comunicación sobre las necesidades y la captación en las mitocondrias no se habían relacionado previamente. «Nuestra investigación que encuentra que la molécula Tom70 está coordinando ambos aspectos une dos campos de estudio separados», dijo Zhou.
Curiosamente, descubrieron que Tom70 disminuye durante el envejecimiento, lo que se asocia con una biogénesis mitocondrial reducida. Previamente se observaron reducciones similares de Tom70 en moscas de la fruta y ratas envejecidas. El equipo demostró que aumentar el nivel de Tom70 en la levadura retrasó la disfunción mitocondrial y aumentó la vida útil. Este hallazgo se relaciona con lo que se sabía desde hace más de una década, que el aumento de Tom70 puede proteger a las células humanas contra algunas enfermedades crónicas, como las enfermedades cardiovasculares, pero no se conocían los detalles del mecanismo sobre por qué ocurrió esto. «Descubrimos una nueva función para esta proteína y proporcionamos un mecanismo de cómo Tom70 puede hacer cosas buenas para la célula», dijo Zhou.
Zhou dijo que puede imaginar varias formas en las que esta comprensión puede señalar nuevas direcciones en la investigación del envejecimiento. Por ejemplo, la vía Tom70 está relacionada con los aumentos de la vida útil que se observan con la restricción calórica. «Además, si nuestra hipótesis resulta ser cierta, naturalmente conducirá a productos, como suplementos o medicamentos. Solo lleva tiempo», dijo.
Por su parte, Zhou dijo que planea profundizar más en la genética de la levadura para descubrir los detalles del mecanismo, como la forma en que Tom70 se comunica con el núcleo. «Esa es la belleza de la investigación básica, realmente te da algo para explorar que no existía antes», dijo. «Estamos entusiasmados con la traducción, pero estamos aún más entusiasmados con algo completamente nuevo, que nadie conocía antes».
