Arabidopsis thaliana plantas utilizadas neste estudo. À esquerda está uma planta em condições normais de crescimento, enquanto à direita está uma planta tratada com doxiciclina, que atrofiou significativamente o seu crescimento, mas está protegido contra o envelhecimento, como evidenciado por sua aparência mais fresca. Crédito:J. Auwerx / EPFL
As mitocôndrias são organelas celulares que desempenham papéis essenciais na manutenção da saúde da célula, ou homeostase. Uma maneira que as mitocôndrias fazem isso é colhendo energia por meio da fosforilação oxidativa, onde várias enzimas na mitocôndria liberam energia para produzir a molécula ATP, a "moeda de energia" da célula que pode ser usada em outros processos. É por isso que as mitocôndrias são frequentemente descritas como a "usina de força" da célula.
A maioria das proteínas mitocondriais são codificadas pelo DNA no núcleo da célula. Contudo, mitocôndrias também contêm um pouco de seu próprio DNA, que codifica algumas de suas proteínas também. Por causa desta dupla origem, mitocôndrias são propensas a estresse proteotóxico:vários fatores que prejudicam a produção, dobrando, e estrutura 3D das proteínas mitocondriais, afetando assim sua função.
As mitocôndrias mantêm a saúde de suas proteínas (ou "proteostase") por meio de uma intrincada rede de controle de qualidade de proteínas chaperonas e enzimas proteases. Um exemplo é a resposta da proteína mitocondrial não dobrada (UPRmt), que descreve uma sequência de eventos de reparo desencadeados quando uma proteína mitocondrial torna-se desdobrada ou mal dobrada, e as proteínas chaperonas são incapazes de lidar com isso.
O UPRmt essencialmente sincroniza uma série de eventos mitocondriais e nucleares para garantir a proteostase mitocondrial, e é conhecido por desempenhar papéis importantes no metabolismo e envelhecimento em células de mamíferos. Contudo, os cientistas não sabem se ele também existe nas plantas.
Agora, Johan Auwerx e o pós-doutorado Xu Wang no laboratório de Auwerx na EPFL publicaram um estudo mostrando pela primeira vez que o UPRmt ocorre em plantas também em resposta ao estresse proteotóxico. Os cientistas estudaram uma pequena planta euro-asiática, Arabidopsis thaliana, que tem sido usado como um organismo modelo para estudar genética, evolução, e desenvolvimento de plantas desde o início de 1900.
Os pesquisadores usaram doxiciclina, um antibiótico que bloqueia a tradução do gene na mitocôndria para induzir estresse proteotóxico às mitocôndrias da planta, e descobriram que ativou um UPRmt específico de planta e atrasou o crescimento das células vegetais, bem como seu envelhecimento biológico (senescência). Isso correspondeu a estudos anteriores relatando que UPRmt aumenta a vida útil de vermes (C. elegans) e moscas (Drosophila melanogaster).
Na busca dos sinais biológicos subjacentes à comunicação mitonuclear na UPRmt, os pesquisadores descobriram uma resposta hormonal sistêmica na célula vegetal. Os hormônios vegetais (fitormônios) ativam um sinal do núcleo para a mitocôndria para reparar o estresse.
"Descobrimos que a sinalização do hormônio vegetal é um mediador essencial que regula a proteostase mitocondrial nas plantas, "diz Johan Auwerx." Além disso, nossos dados não apenas destacam a natureza universal das principais características das vias de sinalização de estresse mitonuclear, como o UPRmt conservado, mas também indicam efetores específicos e circuitos de transcrição que são divergentes entre os reinos vegetal e animal. "