Duas mitocôndrias em uma célula humana. Crédito:Simon Troeder, Wikipedia
As mitocôndrias são a força motriz da célula. E para as mitocôndrias, muito parecido com motores de cabeçalho duplo empilhados em um trem a vapor, trabalhar em múltiplos tem seus benefícios.
Uma nova pesquisa da Washington University em St. Louis mostra que quando as células se dividem rapidamente, suas mitocôndrias são fundidas. Nesta configuração, a célula é capaz de usar o oxigênio de forma mais eficiente para obter energia. Mitocôndrias fundidas também produzem um subproduto bioquímico, aspartato, essa é a chave para a divisão celular.
Este trabalho de pesquisadores do laboratório de Gary Patti, o Professor Associado Michael e Tana Powell de Química em Artes e Ciências, foi relatado em uma publicação recente na revista eLife. Ele ilumina o funcionamento interno das células em divisão e mostra como as mitocôndrias se combinam para ajudar as células a se multiplicarem de maneiras inesperadas.
Dado que as células cancerosas são conhecidas por se dividirem em um ritmo descontrolado, as novas descobertas podem ter implicações para o diagnóstico e tratamento do câncer.
"A maioria dos estudos de células em proliferação são conduzidos no contexto do câncer, onde os cientistas estão comparando um tecido canceroso que está crescendo rapidamente com o tecido normal que circunda o tumor ou um tecido normal de um paciente diferente, "disse Conghui Yao, um Ph.D. candidato no laboratório de Patti na Universidade de Washington e primeiro autor do novo estudo. "Esses tipos de comparações são fisiologicamente relevantes, mas têm algumas desvantagens.
"Um tumor é uma coisa muito complicada, não apenas porque é feito de diferentes tipos de células, mas também porque o ambiente de um tumor é diferente daquele de um tecido saudável, " ela adicionou.
Por exemplo, um tumor precisa de nutrientes para crescer, mas não tem a infraestrutura de vasos sanguíneos que normalmente abastece outros tecidos saudáveis do corpo. Como resultado, os tumores muitas vezes passam fome de oxigênio.
Mas mesmo na presença de oxigênio abundante, as células cancerosas obtêm energia por meio de um processo de fermentação relativamente ineficiente. Em vez de usar oxigênio para queimar glicose em suas mitocôndrias para obter seu suco, as células cancerosas usam um processo de "glicólise aeróbica" que transforma sua glicose em lactato. Este processo é denominado efeito Warburg.
Embora o fenômeno tenha sido observado em células de divisão rápida por mais de 90 anos, os cientistas ainda não o entendem totalmente. As primeiras explicações sugeriram que as mitocôndrias nas células cancerosas são danificadas de uma forma que as impede de produzir energia normalmente.
As manchas escuras nessas imagens do laboratório Patti são mitocôndrias. Da esquerda, a mitocôndria em uma célula sem divisão (quiescente), mitocôndrias fundidas em uma célula em divisão, e as mitocôndrias impedidas de se fundirem. Crédito:Laboratório Patti e eLife
Yao estava familiarizado com o efeito Warburg e suas implicações. Então, quando ela configurou um sistema experimental que lhe permitiu ligar e desligar a divisão celular, ela ficou surpresa ao ver que suas células em divisão estavam consumindo muito oxigênio.
"Grande parte da literatura sugeriu que as células em divisão fariam o oposto, "Yao disse." Então, investigamos não apenas por que nossas células em divisão estavam consumindo mais oxigênio, mas também como eles conseguiram consumir mais oxigênio. "
Parte da beleza do experimento inicial de Yao foi sua simplicidade:ela foi capaz de medir o metabolismo em um tipo específico de célula sob duas condições distintas - quando a célula estava se dividindo e quando não estava se dividindo. Foi assim que ela foi capaz de aprimorar a mudança estrutural específica nas mitocôndrias que estava impulsionando as eficiências que ela observou.
"As células em divisão tinham a mesma quantidade de mitocôndrias por proteína ou por massa, em comparação com células que não se dividem, "disse Patti, cuja pesquisa está focada nas reações bioquímicas que fundamentam o metabolismo. "Mas notamos quando visualizamos as mitocôndrias nessas células em divisão que elas são significativamente maiores."
Mais porque algumas mitocôndrias adjacentes se fundiram em uma - formando várias, mitocôndrias adjacentes em maiores, mais eficiente, máquinas geradoras de energia.
Outra coisa notável é que as "mega-mitocôndrias" são particularmente boas na criação, Yao descobriu, é uma molécula chamada aspartato, essencial para a replicação das células.
"Um trabalho recente de outros laboratórios nos ensinou que uma das razões mais importantes pelas quais as células em divisão precisam consumir oxigênio é a produção de aspartato. Portanto, fazia sentido para nós que a fusão mitocondrial em células em divisão aumentaria a produção de aspartato, "Yao disse.
Yao e Patti não são os primeiros a observar a fusão mitocondrial. Mas eles estão entre os primeiros a interrogar a fusão mitocondrial com tecnologias metabolômicas sofisticadas, permitindo uma compreensão em nível molecular do processo no que se refere à divisão celular. As alterações bioquímicas que observaram podem representar processos que podem ser direcionados em células cancerosas malignas.
"É frequentemente afirmado que as células cancerosas em divisão rápida aumentam a fermentação às custas da diminuição do consumo de oxigênio para a atividade mitocondrial, "Patti disse." Nossos resultados sugerem que pelo menos algumas células que se dividem rapidamente aumentam ambos os processos sob condições normais de oxigenação.
"Uma vez que a utilização de nutrientes pela divisão rápida das células cancerosas é a base para vários medicamentos e testes de diagnóstico, esses achados podem ter significado clínico importante e podem representar uma vulnerabilidade metabólica no câncer, "Patti acrescentou.
