Mitocondriile din celulele creierului își introduc frecvent ADN-ul în nucleu. Ceea ce ar putea avea un impact asupra duratei de viață, deoarece s-a constatat că cele cu mai multe inserții mor mai devreme. Stresul pare să accelereze acest proces, sugerând un nou mod în care mitocondriile influențează sănătatea, dincolo de producția de energie.

Ca descendenți direcți ai bacteriilor străvechi, mitocondriile au fost întotdeauna un pic stranii. Acum, un studiu arată că mitocondriile sunt poate chiar mai ciudate decât am crezut.

O nouă descoperire

Studiul a constatat că mitocondriile din celulele creierului nostru își aruncă frecvent ADN-ul în nucleu. Acolo unde ADN-ul se integrează în cromozomii celulelor. Iar aceste inserții pot fi dăunătoare. Dintre cei aproape 1 200 de participanți la studiu, cei cu mai multe inserții de ADN mitocondrial în celulele creierului aveau mai multe șanse să moară mai devreme decât cei cu mai puține inserții.

„Obișnuiam să credem că transferul de ADN de la mitocondrii la genomul uman era un eveniment rar”, spune Martin Picard, psihobiolog mitocondrial și profesor asociat de medicină comportamentală la Colegiul de medici și chirurgi Vagelos al Universității Columbia și în cadrul Centrului de îmbătrânire Robert N. Butler Columbia. Picard a condus studiul împreună cu Ryan Mills de la Universitatea din Michigan.

„Este uimitor faptul că pare să se întâmple de mai multe ori în timpul vieții unei persoane”, adaugă Picard. „Am găsit o mulțime de astfel de inserții în diferite regiuni ale creierului, dar nu și în celulele sanguine. Ceea ce explică de ce zeci de studii anterioare care analizau ADN-ul din sânge nu au observat acest fenomen.”

ADN-ul mitocondrial se comportă ca un virus

Mitocondriile trăiesc în interiorul tuturor celulelor noastre. Sar, spre deosebire de alte organite, mitocondriile au propriul ADN, un mic lanț circular cu aproximativ trei duzini de gene. ADN-ul mitocondrial este o rămășiță a strămoșilor organitei: bacterii străvechi care s-au instalat în interiorul strămoșilor noștri unicelulari acum aproximativ 1,5 miliarde de ani.

În ultimele câteva decenii, cercetătorii au descoperit că ADN-ul mitocondrial a „sărit” ocazional din organit și a ajuns în cromozomii umani.

„ADN-ul mitocondrial se comportă similar cu un virus. În sensul că folosește tăieturile din genom și se inserează în el, sau ca genele săritoare cunoscute sub numele de retrotranspozoni care se deplasează în jurul genomului uman”, spune Mills.

Inserțiile se numesc segmente nuclear-mitocondriale - NUMT („pronunțat new-mites”), și s-au acumulat în cromozomii noștri timp de milioane de ani.

„Ca urmare, noi toți avem în cromozomi sute de segmente de ADN mitocondrial vestigiale, majoritatea benigne, pe care le-am moștenit de la strămoșii noștri”, spune Mills.

Inserțiile de ADN mitocondrial sunt frecvente în creierul uman

Cercetările din doar ultimii ani au arătat că „NUMTogeneza” are loc și în prezent.

„Saltul ADN-ului mitocondrial nu este ceva ce s-a întâmplat doar în trecutul îndepărtat”, spune Kalpita Karan, un doctorand în laboratorul Picard care a efectuat cercetarea împreună cu Weichen Zhou, un cercetător în laboratorul Mills. „Este rar, dar un nou NUMT devine integrat în genomul uman aproximativ o dată la fiecare 4 000 de nașteri. Acesta este unul dintre numeroasele moduri prin care mitocondriile comunică cu genele nucleare.”

„NUMT-urile moștenite sunt în mare parte benigne, probabil pentru că apar la începutul dezvoltării. Iar cele dăunătoare sunt eliminate”, spune Zhou. Dar dacă o bucată de ADN mitocondrial se inserează într-o genă sau într-o regiune de reglementare, aceasta ar putea avea consecințe importante asupra sănătății sau duratei de viață a persoanei respective. Neuronii pot fi deosebit de susceptibili la deteriorarea cauzată de NUMT-uri. Deoarece atunci când un neuron este deteriorat, creierul nu produce de obicei o nouă celulă cerebrală care să îi ia locul.

Care este amploarea?

Pentru a examina amploarea și impactul noilor NUMT în creier, echipa a colaborat cu Hans Klein, profesor asistent în cadrul Centrului de Neuroimunologie Translațională și Computațională de la Columbia, care a avut acces la secvențele ADN ale participanților la studiul ROSMAP privind îmbătrânirea (condus de David Bennett de la Universitatea Rush). Cercetătorii au căutat NUMT-uri în diferite regiuni ale creierului folosind eșantioane de țesut depozitate, de la mai mult de 1 000 de adulți în vârstă.

Analiza lor a arătat că inserția ADN mitocondrial nuclear are loc în creierul uman, în principal în cortexul prefrontal. Și probabil de mai multe ori pe parcursul vieții unei persoane.

De asemenea, ei au constatat că persoanele cu mai multe NUMT-uri în cortexul prefrontal au murit mai devreme decât persoanele cu mai puține NUMT-uri. „Acest lucru sugerează pentru prima dată că NUMT-urile pot avea consecințe funcționale. Și, eventual, pot influența durata de viață”, spune Picard. „Acumularea NUMT poate fi adăugată la lista mecanismelor de instabilitate a genomului care pot contribui la îmbătrânire, declin funcțional și durată de viață”.

Stresul accelerează NUMTogeneza

Care sunt cauzele NUMT în creier și de ce în unele regiuni se acumulează mai mult decât în altele?

Pentru a obține unele indicii, cercetătorii au analizat o populație de celule ale pielii umane care pot fi cultivate și îmbătrânite într-un vas, pe parcursul mai multor luni, permițând studii excepționale privind „durata vieții”.

Aceste celule cultivate au acumulat treptat câteva NUMT-uri pe lună. Iar atunci când mitocondriile celulelor erau disfuncționale din cauza stresului, celulele acumulau NUMT-uri de patru până la cinci ori mai rapid.

„Acest lucru arată un nou mod prin care stresul poate afecta biologia celulelor noastre”, spune Karan. „Stresul face mitocondriile mai susceptibile de a elibera bucăți din ADN-ul lor. Iar aceste bucăți pot „infecta” apoi genomul nuclear”, adaugă Zhou. Acesta este doar un mod în care mitocondriile ne modelează sănătatea dincolo de producția de energie.

„Mitocondriile sunt procesoare celulare și o puternică platformă de semnalizare”, spune Picard. „Știam că ele pot controla genele care sunt activate sau dezactivate. Acum știm că mitocondriile pot modifica chiar secvența ADN-ului nuclear.”, informează scitechdaily.com