As mitocôndrias são frequentemente chamadas de potências das células porque produzem a energia de que as células precisam para funcionar. Para apoiar esse papel, eles carregam seu próprio material genético, conhecido como DNA mitocondrial (mtDNA).
Cada célula contém centenas a milhares de cópias de mtDNA. Essas cópias são agrupadas em estruturas compactas chamadas nucleóides. Os cientistas há muito observam que estes nucleóides estão espaçados num padrão regular nas mitocôndrias. Esta organização ajuda a garantir que o mtDNA seja transmitido de forma confiável quando as células se dividem e que seus genes sejam expressos uniformemente por toda a mitocôndria.
Quando as mitocôndrias ou o seu ADN não funcionam adequadamente, os efeitos podem ser graves. Os distúrbios têm sido associados a condições metabólicas e neurológicas, como insuficiência hepática e encefalopatia, bem como a distúrbios do envelhecimento, como as doenças de Alzheimer e Parkinson.
Um mistério de longa data na biologia celular
Dada a importância do mtDNA, os pesquisadores estão tentando entender como as células mantêm um espaçamento tão consistente de nucleotídeos. A resposta permanece obscura.
“Os mecanismos propostos de fusão mitocondrial, fissão ou ligação molecular não podem explicar isso, uma vez que o espaçamento dos nucleóides é mantido mesmo quando eles são interrompidos”, diz Suliana Manley, professora do Laboratório de Biofísica Experimental (LEB) da EPFL.
Manley e seu colega Juan Landoni, pós-doutorado na LEB, identificaram agora o mecanismo responsável. O seu trabalho aponta para um processo denominado “perolização mitocondrial”, que anteriormente tinha recebido pouca atenção.
O perolização mitocondrial é uma mudança temporária de forma na qual as mitocôndrias formam uma estrutura que se parece com contas em um cordão. Durante esta transição, os clusters de mtDNA são separados e redistribuídos. Isso permite que os nucleóides se espalhem de maneira mais uniforme, mantendo seu espaçamento regular.
Observando as mitocôndrias em ação
Para estudar esse processo, os pesquisadores usaram uma combinação de técnicas avançadas de imagem para observar as mitocôndrias e seu DNA dentro das células vivas. Isso inclui imagens de super-resolução, microscopia óptica e eletrônica correlacionada e microscopia de contraste de fase.
Com essas ferramentas, a equipe conseguiu acompanhar nucleóides individuais, capturar mudanças rápidas na forma mitocondrial e compreender melhor como as estruturas internas são organizadas.
O que acontece durante a perolização?
Imagens de células vivas mostraram que eventos de pérolas podem ocorrer várias vezes por minuto. Nesses momentos, as mitocôndrias formam brevemente contrações uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento. A distância entre essas “pérolas” corresponde ao espaçamento normal entre os nucleóides.
A maioria dessas partículas semelhantes a contas contém um nucleóide próximo ao centro, embora estruturas possam se formar sem a presença de mtDNA.
À medida que o processo continua, aglomerados maiores de nucleóides muitas vezes se dividem em grupos menores e se depositam nas esferas vizinhas. Quando a mitocôndria retorna à sua forma cilíndrica normal, os nucleóides são separados, preservando sua distribuição uniforme.
O que controla o processo
Os pesquisadores também exploraram o que impulsiona e controla a formação de pérolas. Através de experimentos genéticos e farmacológicos, eles descobriram que a entrada de cálcio nas mitocôndrias poderia desencadear o processo. Além disso, a estrutura da membrana interna ajuda a manter a separação do nucleóide.
Quando esses fatores reguladores são interrompidos, os nucleóides tendem a se agrupar em vez de ficarem uniformemente espaçados.
Uma característica redescoberta das mitocôndrias
“Desde que Margaret Reid Lewis esboçou pela primeira vez o perolização mitocondrial em 1915, ele foi amplamente descartado como uma anomalia associada ao estresse celular”, diz Landoni. “Mais de um século depois, está emergindo como um mecanismo lindamente conservado no coração da biologia mitocondrial. Este processo biofísico fornece uma maneira simples e energeticamente eficiente de distribuir o genoma mitocondrial.”
Por que essa descoberta é importante?
Os resultados mostram que as células dependem não apenas de sistemas moleculares complexos, mas também de mecanismos físicos para se manterem organizadas. Compreender como funciona a pérola mitocondrial e como é regulada pode fornecer informações importantes sobre doenças associadas ao mtDNA.
Este conhecimento pode, em última análise, ajudar a orientar novas abordagens para o tratamento de condições associadas à disfunção mitocondrial.
Outros contribuidores
- Pontifícia Universidade Católica do Chile
- Instituto Médico Howard Hughes
- Universidade da Califórnia, São Francisco
