Pesquisadores da Universidade de Buffalo e seus colaboradores desenvolveram novas e poderosas maneiras de estudar e potencialmente reverter os mecanismos celulares que causam doenças mitocondriais e envelhecimento prematuro.
As mitocôndrias fornecem a maior parte da energia que as células precisam para funcionar normalmente, de modo que defeitos genéticos nas mitocôndrias podem causar doenças graves que podem ser devastadoras se não forem detectadas e tratadas precocemente.

Mas exatamente como esses defeitos mitocondriais levam a doenças e envelhecimento não foi bem compreendido. Um artigo publicado hoje na Aging Cell revela pela primeira vez a conexão entre defeitos mitocondriais e sinais-chave no processo de envelhecimento. Em um Nature Communications separado No artigo, os pesquisadores descrevem como uma nova técnica desenvolvida com base na optogenética pode ajudar a restaurar a função normal de interações mitocondriais anormais.

Mitocôndrias e telômeros

A Célula do Envelhecimento O artigo liga, pela primeira vez, a disfunção mitocondrial ao encurtamento dos telômeros, um biomarcador chave do envelhecimento prematuro.

"Os telômeros são sequências de DNA especializadas que atuam como tampas que estabilizam as extremidades dos cromossomos", explicou Taosheng Huang, MD, Ph.D., professor e chefe da Divisão de Genética do Departamento de Pediatria da Jacobs School of Medicine and Biomedical Ciências da UB.

"O encurtamento dos telômeros é geralmente considerado um importante biomarcador do envelhecimento, mas por muito tempo ninguém sabia o mecanismo. Agora somos capazes de vincular a disfunção mitocondrial diretamente ao encurtamento dos telômeros", disse Huang, autor sênior do artigo. .

Os experimentos foram feitos com um tipo de modelo de camundongo chamado Polg "mutador", no qual os camundongos carregam um defeito genético específico que acelera a taxa de mutações no DNA mitocondrial.

"Também fomos capazes de mostrar em humanos como uma única mudança de nucleotídeo no DNA mitocondrial que está especificamente associada ao mau funcionamento das mitocôndrias e causando distúrbios mitocondriais pediátricos pode acelerar o envelhecimento", disse Huang. "Descobrimos que as espécies reativas de oxigênio devido ao mau funcionamento das mitocôndrias levam ao aumento do dano ao DNA ao longo do tempo".

O artigo é o primeiro a mostrar que as mutações do DNA mitocondrial neste modelo produzem envelhecimento mais rápido, como demonstrado pelo relógio de DNA, que estima a idade biológica de um indivíduo de acordo com marcadores químicos específicos no DNA.

Huang observou que a pesquisa é o resultado de uma colaboração bem-sucedida entre todos os autores, incluindo Steve Horvath, Ph.D., professor de genética humana e bioestatística da UCLA, que desenvolveu o relógio de DNA, bem como Patricia Opresko, Ph.D., professor associado da Universidade de Pittsburgh, e Sabine Mai, Ph.D., da Universidade de Manitoba, ambos especialistas em telômeros e danos nos telômeros.

Jesse Slone, Ph.D., ex-pós-doutorado no laboratório de Huang no Centro Médico do Hospital Infantil de Cincinnati e agora professor assistente de pesquisa no Departamento de Pediatria da UB, é co-primeiro autor. Co-autores adicionais são da Universidade de Nanchang e do Centro Médico do Hospital Infantil de Cincinnati.

Orquestrando interações celulares

Publicado em 25 de julho, o Nature Communications artigo revela como a optogenética, que usa a luz para manipular a atividade celular, pode ser empregada como uma ferramenta não apenas para estudar, mas também para orquestrar interações de organelas celulares em tempo real.

O artigo se concentra na dinâmica mitocondrial, os processos pelos quais essas organelas estão constantemente passando para manter um equilíbrio saudável na célula. Eles se envolvem em fissão, onde uma mitocôndria se divide em duas, e fusão, onde duas se fundem para se tornar uma. Um desequilíbrio em uma célula entre os dois tipos de processos pode levar à doença mitocondrial.

"Na Comunicação da Natureza No artigo, descrevemos uma tecnologia que desenvolvemos que nos permite pela primeira vez manipular diretamente as interações entre as mitocôndrias e outras organelas da célula", disse Huang.

“Ao utilizar a optogenética para forçar uma interação física entre as mitocôndrias e outro componente celular, o lisossomo, conseguimos restaurar as mitocôndrias a um tamanho mais normal, além de melhorar suas funções de produção de energia”, explicou Huang. "Acreditamos que esta nova descoberta pode ser usada como base para futuros diagnósticos e tratamentos para este grupo de doenças."

O trabalho foi possível graças ao uso de uma poderosa tecnologia de imagem chamada microscopia de iluminação estrutural (SIM) disponível na Universidade de Cincinnati, onde Huang começou essa pesquisa antes de assumir seu cargo atual na UB. SIM permite imagens em tempo real de resolução extremamente alta em células vivas. + Explorar mais

Descoberta nova via molecular relacionada ao envelhecimento