Ca descendente directe ale bacteriilor străvechi, mitocondriile au fost întotdeauna puțin „străine”. Acum, un studiu arată că mitocondriile sunt și mai bizare decât credeam. Studiul, intitulat ”Somatic nuclear mitochondrial DNA insertions are prevalent in the human brain and accumulate over time in fibroblasts,” (Inserțiile somatice de ADN mitocondrial nuclear sunt frecvente în creierul uman și se acumulează în timp în fibroblaste), a fost publicat în PLOS Biology. Potrivit studiului, mitocondriile din celulele noastre cerebrale își inserează frecvent ADN-ul în nucleu, unde va fi integrat în cromozomi. Aceste inserții ar putea produce probleme. Printre cei aproape 1.200 de participanți la studiu, cei cu mai multe inserții de ADN mitocondrial în celulele creierului aveau o probabilitate mai mare de a muri mai devreme decât cei cu mai puține inserții.
„Am crezut că transferul de ADN de la mitocondrii la genomul uman era un fenomen rar,” spune Martin Picard, psihobiolog mitocondrial care a condus studiul. El a adugat: „Este uimitor că acest lucru pare să se întâmple de mai multe ori în timpul vieții unei persoane. Am găsit multe astfel de inserții în diferite regiuni ale creierului, dar nu și în celulele sanguine, ceea ce explică de ce zeci de studii anterioare care analizau ADN-ul din sânge au ratat acest fenomen.” Mitocondriile trăiesc în toate celulele noastre, dar spre deosebire de alte organite, mitocondriile au propriul lor ADN, o mică buclă circulară cu aproximativ trei duzini de gene. ADN-ul mitocondrial este un vestigiu al strămoșilor organitelor: bacterii străvechi care s-au stabilit în interiorul strămoșilor noștri unicelulari acum aproximativ 1,5 miliarde de ani. În ultimele decenii, cercetătorii au descoperit că ADN-ul mitocondrial a „sărit” ocazional din organită și în cromozomii umani.
„ADN-ul mitocondrial se comportă similar cu un virus în sensul că folosește tăieturile din genom și se inserează, sau ca genele săritoare cunoscute sub numele de retrotranspozoni care se deplasează prin genomul uman,” spune Ryan Mills, coautor al studiului. Inserțiile sunt numite segmente nucleare-mitocondriale, NUMTs, și s-au acumulat în cromozomii noștri de milioane de ani. „Ca urmare, toți ne plimbăm cu sute de segmente mitocondriale vestigiale, în mare parte benigne, în cromozomii noștri, pe care le-am moștenit de la strămoșii noștri,” spune Mills.
„NUMTs moștenite sunt în mare parte benigne, probabil pentru că apar devreme în dezvoltare și cele dăunătoare sunt eliminate,” spune Weichen Zhou, un alt coautor al studiului. Dar dacă o bucată de ADN mitocondrial se inserează într-o genă sau într-o regiune de reglare, aceasta ar putea avea consecințe importante asupra sănătății sau duratei de viață a unei persoane. Neuronii pot fi deosebit de susceptibili la daune cauzate de NUMTs deoarece, atunci când un neuron este deteriorat, creierul nu face de obicei o nouă celulă cerebrală care să-i ia locul.
Pentru a examina amploarea și impactul noilor NUMTs în creier, echipa a colaborat cu Hans Klein, profesor asistent în Centrul de Neuroimunologie Translațională și Computațională de la Columbia, care avea acces la secvențe ADN de la participanții la studiul ROSMAP asupra îmbătrânirii (condus de David Bennett de la Rush University). Cercetătorii au căutat NUMTs în diferite regiuni ale creierului folosind probe de țesut stocate de la peste 1.000 de adulți în vârstă. Analiza lor a arătat că inserțiile de ADN mitocondrial nuclear se întâmplă în creierul uman—mai ales în cortexul prefrontal—și probabil de mai multe ori pe parcursul vieții unei persoane.
Ei au descoperit, de asemenea, că persoanele cu mai multe NUMTs în cortexul prefrontal au murit mai devreme decât indivizii cu mai puține NUMTs. „Aceasta sugerează pentru prima dată că NUMTs ar putea avea consecințe funcționale și posibil să influențeze durata de viață,” spune Picard. „Acumularea de NUMTs poate fi adăugată la lista mecanismelor de instabilitate a genomului care pot contribui la îmbătrânire, declin funcțional și durată de viață.”
Pentru a obține câteva indicii, cercetătorii au studiat o populație de celule umane de piele, care pot fi cultivate și îmbătrânite într-un vas de cultură pe parcursul a câteva luni, permițând studii longitudinale excepționale de „durată de viață”. Aceste celule cultivate au acumulat treptat câteva NUMTs pe lună, iar când mitocondriile celulelor au fost disfuncționale din cauza stresului, celulele au acumulat NUMTs de patru până la cinci ori mai rapid.
„Aceasta arată un nou mod prin care stresul poate afecta biologia celulelor noastre,” spune Karan. „Stresul face ca mitocondriile să fie mai predispuse să elibereze bucăți din ADN-ul lor, iar aceste bucăți pot apoi să ‘infecteze’ genomul nuclear,” adaugă Zhou. Este doar una dintre modalitățile prin care mitocondriile ne influențează sănătatea dincolo de producția de energie. „Mitocondriile sunt procesoare celulare și o platformă puternică de semnalizare,” explică Picard. „Știam că ele pot controla care gene sunt activate sau dezactivate. Acum știm că mitocondriile pot chiar să modifice secvența ADN-ului nuclear.”
