As mitocôndrias são frequentemente chamadas de potências da célula porque produzem a energia que a célula precisa 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 notaram que esses nucleóides estão dispostos em ordem regular nas mitocôndrias. Esta organização ajuda a garantir a transferência confiável de mtDNA durante a divisão celular e a expressão uniforme de seus genes nas mitocôndrias.
Quando as mitocôndrias ou o seu ADN não funcionam adequadamente, as consequências podem ser graves. As perturbações têm sido associadas a doenças metabólicas e neurológicas, como insuficiência hepática e encefalopatia, bem como a doenças relacionadas com o envelhecimento, como Alzheimer e Parkinson.
Um antigo mistério da biologia celular
Dada a importância do mtDNA, os pesquisadores estão tentando entender como as células mantêm um espaçamento nucleóide tão consistente. A resposta permaneceu obscura.
“Os mecanismos propostos relacionados à fusão mitocondrial, fissão ou ligação molecular não podem explicar isso, já que o espaçamento entre os 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-doutorando do LEB, identificaram agora o mecanismo responsável. O seu trabalho aponta para um processo denominado “perolização mitocondrial”, que anteriormente recebeu 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 transformação, os clusters de mtDNA são separados e redistribuídos. Isso permite que os nucleóides se espalhem de maneira mais uniforme, mantendo-os regularmente espaçados.
Veja as mitocôndrias em ação
Para estudar este processo, os investigadores usaram uma combinação de técnicas avançadas de imagem para observar as mitocôndrias e o seu ADN em células vivas. Estes incluíram imagens de super-resolução, microscopia óptica e eletrônica correlacionada e microscopia de contraste de fase.
Com estas ferramentas, a equipa conseguiu seguir nucleóides individuais, captar mudanças rápidas na forma mitocondrial e obter uma melhor compreensão de como a estrutura interna está organizada.
O que acontece durante a perolização
Imagens de células vivas mostraram que nácares podem ocorrer várias vezes por minuto. Nesses momentos, as mitocôndrias formam brevemente constrições uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento. A distância entre essas “pérolas” corresponde exatamente à distância normal entre os nucleóides.
A maioria dessas seções globulares contém um nucleóide próximo ao centro, embora estruturas possam se formar sem o mtDNA.
À medida que o processo continua, grandes aglomerados de nucleóides muitas vezes se dividem em grupos menores que se estabelecem em pérolas adjacentes. À medida que as mitocôndrias retornam à sua forma tubular normal, os nucleóides permanecem separados, mantendo a sua distribuição uniforme.
O que controla o processo
Os pesquisadores também estudaram o que impulsiona e regula a pérola. Através de experimentos genéticos e farmacológicos, eles descobriram que o cálcio que entra nas mitocôndrias pode desencadear o processo. Além disso, as estruturas da membrana interna ajudam a apoiar a separação dos nucleóides.
Quando esses fatores regulatórios são interrompidos, os nucleóides tendem a se agrupar em vez de permanecerem espaçados uniformemente.
Uma característica recém-descoberta das mitocôndrias
“Desde que Margaret Reid Lewis esboçou pela primeira vez a pérola mitocondrial em 1915, ela tem sido amplamente descartada como uma anormalidade relacionada ao estresse celular”, diz Landoni. “Mais de um século depois, torna-se um mecanismo elegantemente conservado no centro da biologia mitocondrial. Este processo biofísico oferece uma maneira simples e energeticamente eficiente de distribuir o genoma mitocondrial.”
Por que esta revelação é importante
As descobertas mostram que as células dependem não apenas de sistemas moleculares complexos, mas também de processos físicos para se manterem organizadas. Compreender como funciona o nácar mitocondrial e como é controlado pode fornecer informações importantes sobre doenças relacionadas ao mtDNA.
Este conhecimento pode eventualmente ajudar a orientar novas abordagens para o tratamento de doenças associadas à disfunção mitocondrial.
Outros participantes
- Pontifícia Universidade Católica do Chile
- Instituto Médico Howard Hughes
- Universidade da Califórnia, São Francisco
