En överraskande ny upptäckt av University of Colorado Boulder och University of California, Davis angående uppdelningen av små "kraftverk" i celler som kallas mitokondrier har konsekvenser för bättre förståelse av en mängd olika mänskliga sjukdomar och tillstånd på grund av till mitokondriella defekter.
Ledda av CU-Boulder biträdande professor Gia Voeltz och hennes team i samarbete med UC-Davis-teamet ledd av professor Jodi Nunnari, analyserade forskarna faktorer som reglerar beteendet hos mitokondrier, korvformade organeller i celler som innehåller sitt eget DNA och ger celler energi att röra sig och dela sig. Dynamiken i mitokondrierna var intimt knuten till en annan cellorganell känd som det endoplasmatiska retikulumet, vilket är ett komplext nätverk av säckar och tubuli som gör proteiner och fetter.
Voeltz och hennes kollegor visade att uppdelningen av mitokondrierna i celler är knuten till den eller de punkter där de fysiskt vidrör det endoplasmatiska retikulumet i både jäst- och däggdjursceller. "Det här är första gången en cellorganell har visat sig forma en annan", säger Voeltz på CU:s avdelning för molekylär, cellulär och utvecklingsbiologi.
En artikel om studien publicerades i numret 2 september av tidskriften Science. Medförfattare till studien var CU-Boulder doktorand Jonathan Friedman, forskaren Matthew West och senior Jared DiBenedetto och UC-Davis postdoktor Laura Lackner.
Omslutna av membran varierar mitokondrier enormt i antal per individuella celler beroende på organism och vävnadstyp, enligt forskarna. Medan vissa encelliga organismer bara innehåller en enda mitokondrie, kan en mänsklig levercell innehålla upp till 2 000 mitokondrier och ta upp nästan en fjärdedel av cellutrymmet.
Eftersom många mänskliga sjukdomar är förknippade med mitokondriell dysfunktion är det viktigt att förstå hur delningsprocessen regleras, sa Voeltz.
Mitokondriella defekter har kopplats till ett brett spektrum av degenerativa tillstånd och sjukdomar, inklusive diabetes, hjärt-kärlsjukdomar och stroke. "Våra studier tyder på möjligheten att mänskliga mitokondriella sjukdomar kan bero på störningar eller överdriven kontakt mellan det endoplasmatiska retikulumet och mitokondrierna."
Tidigare arbete, inklusive forskning i Nunnaris labb vid UC-Davis, har visat att mitokondriell delning regleras av ett protein som kallas "dynamin-relaterat protein-1" som sätts samman till en snarliknande ligatur som drar åt runt individen mitokondrien, vilket gör att den delar sig. Teamet fann att flera ytterligare proteiner kopplade till mitokondriell delning också hittades där det endoplasmatiska retikulumet och mitokondrierna berördes.
"Den nya funktionen för det endoplasmatiska retikulumet expanderar och förvandlar vår syn på cellorganisation", säger Nunnari, professor och ordförande i molekylär cellbiologi vid UC-Davis. "Det är ett paradigmskifte inom cellbiologi."
Studien finansierades av National Institutes of He alth, Searle Scholar Program och CU-Boulder. CU-Boulders grundutbildningsprogram för forskningsmöjligheter och biovetenskapligt program för forskningsfärdigheter och utbildning finansierade forskningen av DiBenedetto.
