Las células de huevo en desarrollo realizan pruebas para seleccionar las máquinas de fabricación de energía más saludables para pasar a la siguiente generación.
El trabajo se centra en las mitocondrias, las máquinas celulares que convierten los azúcares, las grasas y las proteínas que consumimos en energía utilizada por los millones de células del cuerpo. Dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York y la Universidad de Toronto, el equipo de investigación utilizó una técnica de imágenes directas para observar por primera vez que las células reproductoras maternas eligen cuidadosamente qué mitocondrias transmitir.
“Nuestros resultados confirman la teoría de que las células del huevo ejecutan la selección mitocondrial”, dice la autora principal del estudio, Ruth Lehmann, PhD, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes, Presidenta del Departamento de Biología Celular y Directora del Instituto Skirball de Medicina Biomolecular, en la Universidad de Nueva York. Langone Health. “Los hallazgos establecen el escenario para nuevos enfoques para el tratamiento de las enfermedades mitocondriales, que incluyen las miopatías que causan debilidad muscular, problemas neurológicos y formas de diabetes”.
Las mitocondrias son especiales entre las máquinas celulares ya que tienen su propio ADN, llamado ADN mitocondrial (mt). A diferencia de los conjuntos de ADN (genomas) mucho más grandes que residen en los núcleos de las células, el ADNmt solo se transmite a través de las células del huevo de la madre.
MtDNA también es más propenso que el ADN nuclear a desarrollar cambios aleatorios o mutaciones en su código de ADN que se acumulan a medida que la persona envejece, pero que también ocurren durante el desarrollo de células reproductivas para causar enfermedades hereditarias en aproximadamente uno de cada 4,300 niños nacidos en los Estados Unidos. Estados
Viendo la selección.
Un problema de larga data que enfrentó el campo fue su incapacidad para distinguir entre mitocondrias “buenas” y malas, lo que dificultó los esfuerzos para comprender cómo se clasificaban y heredaban las mitocondrias, dice Lehmann.
Por este motivo, el estudio actual se realizó en moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) diseñadas para llevar una mezcla de mitocondrias buenas (funcionales) y malas (mutantes) que llevan etiquetas fluorescentes que las distinguen. Al tener muchas características celulares, incluida la selección mitocondrial, en común con los humanos, esta especie de mosca ha servido a lo largo del tiempo como un organismo modelo clave en el estudio de los principios biológicos.
Los investigadores dicen que, para proteger su función, las mitocondrias están conectadas en tubos interconectados largos que contienen muchas moléculas de ADNmt. Dentro de estos tubos, las mitocondrias que, debido a fallas genéticas, no pueden producir ninguna de las 13 proteínas importantes para la producción de energía (como el Adenosina-Tri-Fosfato (ATP)) aún pueden sobrevivir “tomando prestadas” proteínas funcionales hechas de otros ADN sanos. Copias en el mismo tubo.
Al visualizar el proceso mediante el cual las células de los óvulos volantes seleccionan las mitocondrias, el equipo de investigación reveló que este proceso se desencadena por una disminución cuidadosa de los niveles de Mitofusin, una proteína que permite que las mitocondrias se fusionen. Ante la caída de los niveles de mitofusina, se observó que las mitocondrias se separaban en fragmentos, de modo que cada fragmento contenía en promedio muchos menos conjuntos completos de ADN mitocondrial. Esto obligó a cada mitocondria a valerse por sí misma en términos de producción de energía, ya que las mitocondrias fragmentadas que contienen ADNmt mutante no producen ATP también.
Sobre la base de esta competencia, las mitocondrias malas se eliminan, dicen los autores, y el grupo de mitocondrias en las células de los óvulos maduros se vuelve más capaz de mantener un embrión sano.
Al observar las sondas fluorescentes, el equipo de investigación reveló el período de tiempo durante el cual se eliminaron las mitocondrias malas durante el desarrollo de células productoras de huevos (ovocitos) en las moscas. El nuevo tiempo reveló a su vez el mecanismo de clasificación, porque la selección solo tuvo lugar durante la etapa de desarrollo en la que se fragmentaron las mitocondrias. El estudio determinó además que las mitocondrias defectuosas se eliminaron a través de la mitofagia, un proceso conocido por etiquetar los productos de desecho para su destrucción, e involucrando a las proteínas Atg1 y BNIP3.
No solo fue una caída de Mitofusin y una fase de fragmentación necesarias para la selección contra mitocondrias defectuosas en las células reproductoras femeninas, dicen los autores, sino que también activó la selección cuando se indujo artificialmente en células no reproductivas donde no ocurre de forma natural. Este hallazgo sentó las bases para los estudios en curso que están explorando si la inducción de la fragmentación mitocondrial, mediante el bloqueo breve de la fusión, en tejidos corporales se puede usar como un “limpiador de ADN” para enfermedades causadas por cambios de ADNmt que se acumulan con la edad.
Referencia: Revista Nature Science.