Μελετώντας μεταλλάξεις σε ζυμομύκητες και ανθρώπινα κύτταρα, οι επιστήμονες του Johns Hopkins Medicine λένε ότι ανακάλυψαν ότι οι βιοχημικοί δεσμοί μεταξύ λιπών και πρωτεϊνών στο μιτοχόνδριο, την κινητήρια δύναμη του κυττάρου, παίζουν καθοριστικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρά μας παράγουν ενέργεια. Τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύθηκαν στις 5 Ιουνίου στο The EMBO Journal, ρίχνουν νέο φως στο πώς οι αλλοιωμένες μιτοχονδριακές μεμβράνες που βρίσκονται σε άτομα με μεταβολικές ασθένειες όπως το σύνδρομο Barth, μια σπάνια γενετική διαταραχή που εξασθενεί την καρδιά, δεν μπορούν να ενεργοποιήσουν την κυτταρική παραγωγή ενέργειας.
Ο μεταβολισμός είναι ένα σύνολο βιοχημικών αντιδράσεων κομβικής σημασίας για την παραγωγή ενέργειας για την τροφοδοσία της ζωής και για την απαλλαγή από ουσίες που ένα σώμα δεν χρειάζεται πλέον. Οι μεταβολικές ασθένειες περιλαμβάνουν μορφές υψηλής χοληστερόλης που εμφανίζονται σε οικογένειες.
Περίπου 1 στους 3 ενήλικες έχει κάποια μορφή μεταβολικού συνδρόμου, σύμφωνα με το Εθνικό Ινστιτούτο Καρδιάς, Πνεύμονα και Αίματος. Οι επιστήμονες του Johns Hopkins προσπάθησαν να κατανοήσουν καλύτερα την αλληλεπίδραση δύο συστατικών στη μιτοχονδριακή μεμβράνη: καρδιολιπίνη, μια λιπαρή ένωση ή λιπίδιο, και πρωτεΐνες που μεταφέρουν τα δομικά στοιχεία της τριφωσφορικής αδενοσίνης ή ATP, ενός ενεργειακού μορίου από τα μιτοχόνδρια που τροφοδοτούν τον μεταβολισμό των κυττάρων.
«Στην αρχή, μια καλύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης-λιπιδίου θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να βρουν νέους θεραπευτικούς στόχους για ένα ευρύ φάσμα μεταβολικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του συνδρόμου Barth», λέει ο ανώτερος συγγραφέας Steven Claypool, Ph.D., καθηγητής φυσιολογίας στο Johns. Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Χόπκινς. Λέει ότι προηγούμενες μελέτες υποδεικνύουν ότι είναι πιθανό οι αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-λιπιδίων στις μιτοχονδριακές μεμβράνες να παίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση των ενεργειών παραγωγής ενέργειας των μιτοχονδρίων.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν τα πειράματά τους σε δείγματα ζύμης με μεταλλάξεις ή αλλοιώσεις σε μια πρωτεΐνη μιτοχονδριακής μεμβράνης που ονομάζεται AAC και δείγματα ανθρώπινων κυττάρων που μοντελοποίησαν ένα άτομο με μετάλλαξη της πρωτεΐνης ANT1 που είχε διαγνωστεί με μεταβολική νόσο, συμπτώματα της οποίας περιλαμβάνουν αδυναμία στην καρδιά και στους σκελετικούς μύες, δυσανεξία στην άσκηση και υπεργαλακτοαιμία ή αυξημένα επίπεδα γαλακτικού στο αίμα. Η πρωτεΐνη στη ζύμη, AAC, είναι το ισοδύναμο του ANT στους ανθρώπους, λέει ο Claypool.
Εξετάζοντας τρεις περιοχές όπου η καρδιολιπίνη συνδέεται με τις πρωτεΐνες AAC στη ζύμη, ο Claypool και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι όταν εισήγαγαν μεταλλάξεις στο AAC2 για να διαταράξουν αυτές τις αλληλεπιδράσεις, η καρδιολιπίνη δεν μπορούσε πλέον να συνδεθεί με την πρωτεΐνη, γεγονός που αποδυνάμωσε τη δομή της και μείωσε τη λειτουργία της. Ομοίως, στο κυτταρικό μοντέλο του ατόμου με μεταλλάξεις στον ΑΝΤ1, η δομή της πρωτεΐνης αποδυναμώθηκε, περιορίζοντας την ικανότητά της να μεταφέρει ATP μέσω της μιτοχονδριακής μεμβράνης.
«Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι όταν η αλληλεπίδραση μεταξύ καρδιολιπίνης και πρωτεϊνών διασπάται, διαταράσσεται ολόκληρη η διαδικασία που κάνει τα μιτοχόνδρια την ισχύ μας», λέει ο πρώτος συγγραφέας Nanami Senoo, Ph.D., μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Claypool. Ο Claypool λέει ότι λίγες μελέτες έχουν λεπτομερείς ατομικές αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-λιπιδίου και θα χρειαστούν πολλά περισσότερα πειράματα για να «καταλάβουμε το πλήρες συμπλήρωμα των μηχανισμών και των ρόλων που έχουν αυτές οι αλληλεπιδράσεις στη μεμβράνη».
Οι μιτοχονδριακές μεμβράνες περιέχουν πολλές πρωτεΐνες, πολλές από τις οποίες συνδέονται με λιπίδια. «Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει νέες δυνατότητες για την κατανόηση της πολυπλοκότητας του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρά μας παράγουν ενέργεια», λέει ο Claypool. «Στο μέλλον, σκοπεύουμε να διερευνήσουμε πώς άλλες αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών-λιπιδίων συμβάλλουν στην παραγωγή ενέργειας».