Ricerche

È possibile amplificare la produzione di energia dai mitocondri, le 'centrali energetiche' delle cellule, senza aumentare i sottoprodotti potenzialmente dannosi? Se fosse possibile, un tale metodo potrebbe trattare una serie di malattie neurodegenerative in cui si ritiene che i mitocondri alterati abbiano un ruolo centrale.

Alla ricerca della risposta, un team di scienziati dei Gladstone Institutes di San Francisco ha usato la tecnologia di modifica dei geni CRISPR per analizzare esattamente quali molecole sono responsabili della creazione di energia, e quelle che controllano la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), i sottoprodotti tossici comuni chiamati 'radicali liberi'.

Le loro scoperte, comparse su PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences, potrebbero portare a strategie per disaccoppiare la creazione di energia dalla produzione di ROS, aiutando lo sviluppo di terapie per malattie come Parkinson o Alzheimer.

"Capire come separare la produzione di energia dalla produzione di ROS è davvero fondamentale per il trattamento della disfunzione mitocondriale", afferma Ken Nakamura MD/PhD, l'investigatore dei Gladstone che ha guidato lo studio. "Ci sono molte condizioni, comprese le neurodegenerazioni, in cui potrebbe essere utile aumentare l'energia mitocondriale, ma senza danneggiare le cellule attraverso sottoprodotti tossici".

Quando i mitocondri generano energia cellulare da zuccheri e grassi, rilasciano ROS. Come l'inquinamento generato da una centrale elettrica, i ROS sono da tempo considerati sottoprodotti indesiderati ma difficili da prevenire. Sebbene i ROS svolgano alcune importanti funzioni biologiche, averne troppi è tossico per le cellule ed è collegato a molte malattie croniche e degenerative.

Squilibrio alla radice della malattia

Risolvere la questione di come aiutare i mitocondri a funzionare in modo più efficiente potrebbe farci arrivare a nuovi approcci terapeutici per le neurodegenerazioni e le condizioni come malattie cardiache, diabete e cancro. Ci sono anche implicazioni per l'invecchiamento sano, visto che i mitocondri diventano difettosi man mano che invecchiamo.

Tuttavia, in molti casi, è difficile capire esattamente come i mitocondri non funzionano: non stanno producendo abbastanza energia cellulare o stanno generando troppi ROS?

In precedenza il gruppo di Nakamura aveva analizzato cellule per scoprire tutti i geni coinvolti nella regolazione dei livelli di energia. Nel nuovo lavoro, si sono concentrati su circa 200 di questi geni. Usando la CRISPR, hanno lavorato nelle cellule tumorali per spegnere selettivamente l'espressione di ciascuno di questi geni e studiato ciò che accadeva ai livelli di ROS.

"Volevamo determinare quali molecole sono necessarie per la produzione di energia o per la produzione di ROS", afferma lo scienziato Neal Bennett, il primo autore del nuovo studio. "In questo modo, siamo riusciti a discernere i geni e i percorsi che possono cambiare quei sistemi in modo indipendente, il che potrebbe essere molto utile nel trattamento delle malattie".

In effetti, sebbene alcuni geni abbiano influenzato sia l'energia che la produzione di ROS, altri hanno avuto un effetto molto più forte su un prodotto rispetto all'altro.

Nel complesso, questi risultati offrono un punto di partenza avvincente per i ricercatori che vogliono sviluppare farmaci per controllare in modo indipendente l'energia mitocondriale e i ROS e per coloro che cercano di capire come la disfunzione mitocondriale è implicata nelle malattie.

Il team prevede di svolgere ulteriori ricerche sull'impatto dei livelli di ROS alterati sulla salute cellulare e capire se i loro risultati restano validi in altri tipi di cellule, come quelle cerebrali.