מדענים ברפואה של ג'ונס הופקינס אומרים כי גילו כיצד קבוצה של חלבונים הקשורים למחלת פרקינסון וטרשת טרשת לרוחב אמיוטרופית משמשת כ"אפוטרופוסים "של מיטוכונדריה, אברונים קטנים או יחידות משנה, בתוך תא העוסק באנרגיה ומחסנים ונמצאים כמעט בצמחים ובעלי חיים.
הממצאים, הנובעים מניסויים עם עכברים מהונדסים גנטית צריכים לקדם את ההבנה של התפתחות מחלת פרקינסון – הפרעה עצבית כרונית ומתקדמת, אשר הגורמים שלהם אינם ידועים בבירור – אומרים המדענים. מרבית המומחים מאמינים כי מחלת פרקינסון היא תוצאה של שילוב כלשהו של גנטיקה וגורמים סביבתיים.
סיכום ניסויי החוקרים מופיע בגיליון 20 במרץ של כתב העת טֶבַעו
למחקר החדש, הממומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות, שורשיה במאמצים הקודמים להראות כיצד תאים מגיבים ללחצים, כולל לחצים חיצוניים כמו רמות חמצן נמוכות ומתח פנימי כמו חוסר איזון של חומרים מזינים.
לדברי הירומי ססאקי, דוקטורט, פרופסור לביולוגיה של תאים בבית הספר לרפואה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, אשר לומד כיצד מיטוכונדריה צומחת, מחלקת ונתיכה, גודל האורגן לא צריך להיות גדול מדי ולא קטן מכדי לעבוד טוב.
מדענים ידעו זה מכבר שכאשר מיטוכונדריה נלחצים יותר מדי או נפגעים מעבר לתיקון, הם מפסיקים להתמזג, הופכים קטנים יותר ומפסיקים. עם מיטוכונדריה פגומה, התאים אינם מצוידים היטב לייצור אנרגיה. במוח, תאים לחוצים עלולים לגרום להתנוונות עצבית ודלקת נוירואין.
כתוצאה מכך, התאים פורסים אמצעים שונים להגנה על המיטוכונדריה ולשמור עליהם בגודל נכון. לדוגמה, תאים עשויים לתקן מיטוכונדריה על ידי מיזוגם יחד כדי לשמור על חומר הגנומי שלהם ותפוקת האנרגיה שלהם.
מיטוכונדריה עשויה להתחלק גם לאחר הצמיחה כדי לשמור על גודלם ומספרם או להפריד בין חלקים פגומים. עם זאת, אם המיטוכונדריה הופכת לגדולה מדי, הם מפסיקים להתמזג, ומונעים היווצרות מיטוכונדריה ענקית מזיקה, אשר בתורו מפריעה לשפלת היעילה של מיטוכונדריה פגומה.
על פי דבריו של מיהו IIJIMA, Ph.D., גם פרופסור לביולוגיה של תאים בבית הספר לרפואה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, אחת הדרכים בהן תאים מגיבים לבעיות בקרת גודל מיטוכונדריה הנגרמות כתוצאה כתוצאה ממתח או נזק היא על ידי הפעלת פעילותם של כמה חלבונים. שניים מהחלבונים, פרקין ופינק 1, מסתובבים סביב הממברנה של המיטוכונדריה ועובדים כזוג כדי לאפשר למיטוכונדריה להתמזג או להשפיל. חריגות בגנים לפרקין ו- Pink1 קשורים להופעת מחלת פרקינסון אצל בני אדם.
ידוע כי חלבון נוסף הקשור לטרשת רוחבית אמיוטרופית, OMA1, מונע מיטוכונדריה להתמזג עם לחץ.
מחקרי עכברים קודמים הראו שכאשר התנאים בתאים הם תקינים, הסרתם או "דופקים", כל אחד מהגנים המקודדים את חלבוני הפרקין, Pink1 ו- OMA1 אינו גורם לחריגות בעכברים או למיטוכונדריה שלהם.
עם זאת, Iijima and Sesaki תהו מה יקרה לעכברים ולתאים שלהם אם שניים משלושת הגנים – Parkin, Pink1 ו- OMA1 – יופסקו בתנאים פיזיולוגיים רגילים.
על ידי דחיית פארקין ו- OMA1 או PINK1 ו- OMA1, המדענים גילו כי עכברי הנוקאאוט הכפולים היו קטנים ובעיות תנועה, יחד עם מיטוכונדריה מתמזגת מדי, בגודל נוירונים בהשוואה לעכברים עם גרסאות נורמליות של הגנים.
עם זאת, אם רק גן אחד מושך, הגנים האחרים עדיין מווסתים את היתוך המיטוכונדריאלי, ועכברים אינם מראים סימנים להגדלה או תפקוד לקוי של מיטוכונדריה.
מדעני הרפואה של ג'ונס הופקינס משערים כי היתוך המיטוכונדריאלי הוא "נעול כפול". מכיוון שלמיטוכונדריה יש שני ממברנות, כיבוי רק אחד הגנים עשוי להשבית קרום אחד אך לא את שניהם, ומיטוכונדריה עדיין יכולים להתמזג ולהישאר בריאים במקצת.
בסך הכל, צוות המחקר מהנדס גנטית עם 18 וריאציות של שילובי נוק -אאוט של שלושת הגנים, כמו גם גנים אחרים, כדי לבסס מסקנה זו.
עובדים במקביל, Parkin-Pink1 ו- OMA1 משמשים כשומרי המיטוכונדריה, ומבטיחים כי האברונים ישמרו על גודלם ותפקודם הרגילים. "
MIHO IIJIMA, Ph.D., פרופסור לביולוגיה של תאים, בית הספר לרפואה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס
המדענים מדדו גם את המוצר העיקרי של מיטוכונדריה: אנרגיה בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP). בכל העכברים שנחקרו הם לא מצאו הבדל משמעותי ברמות ATP בדגימות של תאי מוח.
כדי למיין את הממצא הזה, המדענים התבוננו מקרוב בתגובת מערכת החיסון ביחס לתאי המוח. הם גילו שכאשר המיטוכונדריה הייתה גדולה מדי, ה- DNA המיטוכונדריאלי שלהם דלף לציטוזול, הנוזל שממלא את החלל בתוך התאים. זה עורר עלייה בשחרור האינטרפרונים, חלבונים המעוררים תגובה דלקתית.
המדענים מתכננים לקדם את עבודתם על ידי לימוד מדויק יותר כיצד DNA מיטוכונדריאלי דולף מהאורגן כשהוא נהיה גדול מדי. הם גם רוצים לזהות אילו סוגי תאים מגיבים לשחרור ה- DNA המיטוכונדריאלי העצבי כדי לגרום לתגובות חיסוניות מולדות, במטרה לגלות תובנות חדשות לגבי התפתחות מחלת פרקינסון ואולי יעדי תרופות טיפוליות חדשות.
המחקר נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (R35GM1444103, R35GM131768 ו- P20GM104320), פרויקט ההזדקנות האנושית והקרן למחקר רפואי אדריאן הליס מלווין. ססאקי הוא איתן וקארן לדר CIM/HAP מלומד.
בנוסף לססאקי ואיג'ימה, מדענים אחרים שתרמו למחקר הם טאטסויה יאמדה, אריסה איקדה, דייסוקה מוראטה, הו וואנג, סיסי ג'אנג, פרטיק חארה, יושיהירו אדאצ'י, פומיה, סת 'בלקשאו, אן לה, וואלינה דהאסון; פדרו קוויירוס וקרלוס לופז-אוטיין מהאוניברסיטה דה אוביידו בספרד; תומאס לנגר ממכון מקס פלאנק בגרמניה; ודייויד צ'אן מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה.
