המוח האנושי הוא איבר שלוקח כמעט בין 20 ל-25% מהאנרגיה שהגוף צריך. הדרישה הגבוהה הזו לאנרגיה לתפקודים עצביים תלויה בהובלה ובחלוקה המדויקת של המיטוכונדריה – אברוני התא המייצרים אנרגיה – בכל נוירון. כעת, מחקר שפורסם בכתב העת איתות מדע זיהה, לראשונה, קומפלקס מולקולרי המווסת את הובלת המיטוכונדריה בתוך נוירונים ומוות נוירוני. גילוי הקומפלקס, הקיים באופן בלעדי ביונקים המפותחים ביותר, יכול לסייע באיתור מטרות טיפוליות חדשות נגד מחלות ניווניות עצביות כגון פרקינסון, מחלות עצביות שרירים או אפילו סוגים מסוימים של גידולים.
המחקר, שנערך על מודלים של בעלי חיים ותרביות תאים, מובל על ידי פרופסור אדוארדו סוריאנו, מאוניברסיטת ברצלונה ומהמכון למדעי המוח של ה-UB (UBneuro), והמרכז לרשתות מחקר ביו-רפואי על מחלות ניווניות (CIBERNED), וחוקר. אנה מריה אראגאי, חברה במועצת המחקר הלאומית הספרדית (CSIC) והמכון לביולוגיה מולקולרית של ברצלונה (IBMB-CSIC).
המאמר, שכותביו הראשונים הם איסמאל איזקווירדו-ויללבה (IBMB-CSIC), סרינה מירה ויסמינה מנסו (UB-CIBERNED), כולל את השתתפותו של אדולפו לופז דה מונאין, מבית החולים האוניברסיטאי של דונוסטיה, חאווייר נבארו, מהאוטונומיה. אוניברסיטת ברצלונה (UAB), שניהם חברים ב-CIBERNED, וחוסה אנטוניו אנריקז, משתף פעולה במחקר הרשתות הביו-רפואיות בנושא שבריריות והזדקנות בריאה (CIBERFES) ובמרכז הלאומי לחקר הלב וכלי הדם קרלוס III (CNIC).
הבאת אנרגיה לתפקודים עצביים
בנוירונים, תהליך ההובלה של המיטוכונדריה הוא הקובע, שכן האברונים הללו חייבים להיות נוכחים לאורך כל האקסונים והדנדריטים – שלוחות נוירונים – כדי לספק אנרגיה להעברת העצבים ולתפקודים הנוירונים, תהליכים הדורשים הרבה אנרגיה. הצריכה הגדולה הזו תלויה בהפצה ספציפית ומדויקת של מיטוכונדריה בתוך נוירונים".
פרופסור אדוארדו סוריאנו, מנהל שותף במחקר וחבר במחלקה לביולוגיה, פיזיולוגיה ואימונולוגיה של התא בפקולטה לביולוגיה של ה-UB
המחקר מגלה שהמתחם המיטוכונדריאלי Alex3/Gαq מקיים אינטראקציה עם מכונות המיטוכונדריה כדי להפיץ ולהעביר את אברוני התא הללו לאורך האקסונים והדנדריט של הנוירונים. תהליך זה תלוי באינטראקציה של חלבון Gq עם חלבון המיטוכונדריאלי Alex3.
"לראשונה גילינו שה-Alex3/Gαq חיוני לא רק לתפקוד התחבורה והמיטוכונדריה, אלא גם לפיזיולוגיה נוירונית, בקרת תנועה וכדאיות נוירונית. אם המערכת הזו מושבתת – למשל, בעכברים עם גורם ספציפי מחסור בחלבון Alex3 במערכת העצבים המרכזית – הסחר במיטוכונדריה מצטמצם, יש פחות תנועות דנדריטיות ואקסונליות וזה גורם לליקויים מוטוריים ואפילו למוות נוירוני", אומר ארגאי, מנהל שותף במחקר.
מחברי המחקר תיארו בעבר במאמרים אחרים שהחלבונים Alex3 ו-Gαq מווסתים את התחבורה המיטוכונדריאלית. עם זאת, הם לא ידעו כיצד אלה מקיימים אינטראקציה או אילו מנגנונים מולקולריים נטלו חלק בתהליך.
האינטראקציה של הקומפלקס המיטוכונדריאלי Alex3/Gαq מווסתת באמצעות קולטני חלבון G (GPCR), על פי המחקר. לקולטנים הללו יש הרבה מולקולות – נוירוטרנסמיטורים, הורמונים, קנבינואידים וכו' – עם תפקודים שונים באורגניזם.
"ההפעלה של GPCRs לא רק משנה את התפלגות המיטוכונדריה אלא גם את תפקוד שלה, וכאפקט בולט, את הצמיחה והכדאיות הנוירונים. המחקר שלנו מציע שבאופן כללי, מולקולות אלו שמקיימות אינטראקציה עם קולטנים אלו יכולות לווסת כמה היבטים של המיטוכונדריה. ביולוגיה באמצעות ה-GPCR", ציינו המומחים.
שליטה בקולטנים להילחם במחלות אנושיות
למרות שמנגנוני הפעולה אינם ידועים עדיין, נראה שתפקודים שונים שממלאים חלבון Alex3 יכולים להיות קשורים לפתולוגיות רבות. לדוגמה, נראה שמחיקות – אובדן שבר DNA – של Alex3 מקלות על התפתחות גידולים מסוימים (סרטן אפיתל). במקרים אחרים, למחיקה או לעיכוב הביטוי שלו יש השפעה מגנה על גידולים מסוימים (סרטן כבד).
מלבד הקשר שלו לסרטן, כמה וריאנטים גנים של חלבון Alex3 ומשפחתו הגנטית קשורים גם למחלות ניווניות – במיוחד פרקינסון -, דום נשימה בשינה ומחלות מטבוליות.
"העובדה שלא זוהו מוטציות מנטרלות במאגר הנתונים של אלפי גנומים אנושיים מעידה על כך שה אלכס 3 לגן יש תפקיד רלוונטי. האובדן המוחלט שלו אינו בר קיימא באורגניזם, והוא יימצא כמוטציה סומטית בגידולים", אומרת פרופסור ג'מה מרפני, מחברת שותפה למחקר וחברה במחלקה לגנטיקה, מיקרוביולוגיה וסטטיסטיקה של ה-UB, המכון של ביו-רפואה של ה-UB (IBUB) והמרכז למחקר ביו-רפואי לרשת מחלות נדירות (CIBERER).
"יתרה מכך, מוטציות בגן המקודד ל-Gαq בבני אדם מובילות להפרעות מוטוריות, ליקויים קוגניטיביים, מוגבלות אינטלקטואלית ואפילפסיה", מציין ארגאי. המחברים מדגישים כי נתונים אלה מראים את הרלוונטיות של הקומפלקס המזוהה לתפקוד נוירוני.
"היכולת לשלוט בביולוגיה של המיטוכונדריה מחוץ לתא באמצעות קולטני GPCR היא יתרון גדול. נכון לעכשיו, מולקולות ספציפיות רבות מפעילות או מעכבות את הקולטנים הללו, ולכן חשוב לבחון את האפשרות לשלוט על הלוקליזציה והביולוגיה של המיטוכונדריה במחלות שבהן יש הוא מחסור באברונים אלו (למשל מחלות מיטוכונדריה או עצב-שריר), או בפתולוגיות שבהן לעיכוב חילוף החומרים יש השפעות טיפוליות חיוביות (למשל סרטן)", מסכם הצוות.
