Undersøgelse afslører hovedrollen for formskiftende mitokondrier i stamcellefunktionen

Mitokondrier er bemærkelsesværdige formskiftende organeller, der længe har været forstået som kraftcentrene inde i vores celler. Men relativt lidt er kendt om, hvordan den konstante fission og fusion af disse små energigeneratorer påvirker stamcellefunktion og vævsregenerering.

Nu afslører overbevisende ny forskning fra Dr. Mireille Khachos laboratorium ved University of Ottawa Det medicinske fakultet en hovedrolle for mitokondriel dynamik i voksne muskelstamceller – de unikke og primitive celler, der tjener som kroppens råmateriale til muskelfornyelse og reparation.

Udgivet i dag i Cell Stem Cell , fandt undersøgelsen ud af, at mitokondriers formovergange, når de forlænges og deler sig, faktisk regulerer den hvilende tilstand af voksne muskelstamceller.

De nye resultater kan være en vigtig åbenbaring, fordi voksne muskelstamceller - som typisk eksisterer i en sovende tilstand kendt som hviletilstand - er afgørende for vævsstabilitet. Dvale er afgørende for disse cellers levetid, og de kræver en delikat balance. De bliver vækket fra deres beskyttende tilstand, når de aktiveres til fornyelse, og når de reparerer væv, der lider af en skade eller er blevet tæret af sygdom.

I det væsentlige foreslår hendes laboratorium et vidtspændende repertoire for mitokondrier. Ikke kun fungerer de som interne sensorer og kommunikatorer, men deres fragmentering spiller en stor rolle i den overordnede stamcellevedligeholdelse og funktion. Gennem en række manipulationer med en unik musemodel viste forskerne, at det essentielle mitokondrieformende protein OPA1 regulerer den hvilende tilstand af voksne muskelstamceller. Og det kroniske tab af dette protein og vedvarende fragmentering fører til alvorlige muskelstamcelledefekter.

Dr. Khachos team siger, at resultaterne for første gang viser, at proteinet OPA1 - en af ​​de vigtigste regulatorer af mitokondriel fusion - er afgørende for muskelstamcellernes vedligeholdelse og funktion. De sammensatte en forbindelse mellem udtømning af stamceller og mitokondrier, der blev ubalancerede og dysfunktionelle.

"Dette papir er en kombination af at afdække fysiologiske mekanismer og derefter bruge det til at forklare, hvad der kunne gå galt i sygdomme og aldring," siger Dr. Khacho, en uOttawa-assistentprofessor i Institut for Biokemi, Mikrobiologi og Immunologi, der har Canada Research Chair i Mitochondrial Dynamics and Regenerative Medicine.

Den lille strukturs rolle er noget kontraintuitiv. Generelt er fragmentering af mitokondrier et destruktivt fænomen for celler i væv, forklarer Dr. Khacho. Men i deres eksperimenter med voksne muskelstamceller fandt hendes team ud af, at deres fragmentering også fungerer som en fysiologisk mekanisme, der aktiverer signalering til kernen. Det gør det ved at øge niveauet af et antioxidantpeptid kaldet glutathion. Endnu mere spændende er det, at de afslørede en ny funktion for dette peptid:det fungerer som et signalmolekyle, der formidler krydstalen mellem mitokondrier og kernen.

"Forstyrrelse af mitokondrier kan være årsagen til, at vi mister vores stamceller på grund af sygdomme og aldring," siger Dr. Khacho. "Hvis du har et scenarie, hvor du har ubalanceret mitokondriel dynamik, hvilket kan ske ved sygdomme og i aldring, hvad der i sidste ende ville ske er, at dine stamceller ville miste deres beskyttende dvale, og de ville udtømmes over tid."

Holdets indsigt vil helt sikkert være af dyb interesse for forskere, der studerer en række muskelrelaterede degenerative sygdomme, såvel som muskelsvaghed og atrofi under aldring. Ydermere kan det i sidste ende hjælpe med at bane vejen for terapeutiske strategier til at ændre mitokondriel dynamik og funktion i stamceller for at genoprette det regenerative potentiale i væv.

Det er vigtigt, fordi muskeldegeneration er en førende årsag til handicap på verdensplan. Fund, der kaster lys over mitokondrielle forstyrrelsers bidrag til voksne stamcelledysfunktioner, kunne være et skridt i retning af bestræbelser på at genoprette musklernes regenerative potentiale ved degenerative lidelser og aldring. + Udforsk yderligere

Hyaluronsyre, en naturligt forekommende forbindelse, vækker stamceller for at reparere beskadigede muskler