Dyrs mitokondrierforsvar opdaget i planter

Mitokondrier er celleorganeller, der spiller en afgørende rolle i at opretholde cellens sundhed, eller homeostase. En måde, mitokondrier gør dette på, er ved at høste energi gennem oxidativ fosforylering, hvor forskellige enzymer i mitokondrierne frigiver energi til at producere molekylet ATP, cellens "energivaluta", der kan bruges i andre processer. Det er derfor, mitokondrier ofte beskrives som cellens "kraftcenter".

De fleste af mitokondrieproteinerne kodes af DNA'et i cellens kerne. Imidlertid, mitokondrier indeholder også lidt af deres eget DNA, som også koder for nogle af deres proteiner. På grund af denne dobbelte oprindelse, mitokondrier er tilbøjelige til proteotoksisk stress:forskellige faktorer, der skader produktionen, folde, og 3D-struktur af mitokondrielle proteiner, dermed påvirke deres funktion.

Mitokondrier opretholder sundheden for deres proteiner (eller "proteostase") gennem et indviklet kvalitetskontrolnetværk af chaperoneproteiner og proteaseenzymer. Et sådant eksempel er mitokondrielt udfoldet proteinrespons (UPRmt), som beskriver en sekvens af reparationshændelser, der udløses, når et mitokondrielt protein bliver udfoldet eller fejlfoldet, og chaperone-proteiner er ude af stand til at håndtere det.

UPRmt synkroniserer i det væsentlige en række mitokondrielle og nukleare hændelser for at sikre mitokondriel proteostase, og er kendt for at spille nøgleroller i metabolisme og aldring i pattedyrceller. Imidlertid, videnskabsmænd har ikke vidst, om det også findes i planter.

Nu, Johan Auwerx og postdoktor Xu Wang i Auwerx' laboratorium ved EPFL har offentliggjort en undersøgelse, der for første gang viser, at UPRmt også forekommer i planter som reaktion på proteotoksisk stress. Forskerne studerede en lille eurasisk plante Arabidopsis thaliana, som er blevet brugt som en modelorganisme til at studere genetik, udvikling, og planteudvikling siden begyndelsen af ​​1900-tallet.

Forskerne brugte doxycyclin, et antibiotikum, der blokerer gentranslation i mitokondrier for at inducere proteotoksisk stress til plantens mitokondrier, og fandt ud af, at det aktiverede en plantespecifik UPRmt og forsinkede plantecellernes vækst såvel som dens biologiske aldring (ældning). Dette matchede tidligere undersøgelser, der rapporterede, at UPRmt øger levetiden for orme (C. elegans) og fluer (Drosophila melanogaster).

I søgningen af ​​de biologiske signaler ligger til grund for mito-nuklear kommunikation i UPRmt, fandt forskerne en systemisk hormonal reaktion i plantecellen. Plantehormonerne (fytohormonerne) aktiverer et signal fra kernen til mitokondriet for at reparere stressen.

"Vi fandt ud af, at plantehormonsignalering er en vigtig mediator, der regulerer mitokondriel proteostase i planter, " siger Johan Auwerx. "Derudover vores data fremhæver ikke kun den universelle karakter af nøgletræk ved mitonukleære stress-signalveje, såsom den bevarede UPRmt, men indikerer også specifikke effektorer og transkriptionelle kredsløb, der er divergerende mellem plante- og dyreriget."