Ildfluer kaster lys over mitokondriernes funktion

Små fabrikker flyder inde i vores celler og giver dem næsten al den energi, de har brug for:mitokondrierne. Deres effektivitet falder, når vi bliver ældre, men også når vi står over for mange sygdomme som diabetes, kræft eller Parkinsons. Det er grunden til, at forskere i stigende grad er interesserede i, hvordan de arbejder. På EPFL, et hold har udviklet en protokol til at måle deres aktivitet i levende dyr. Beskrevet i Naturens kemiske biologi , metoden er afhængig af det molekyle, der er ansvarlig for ildfluens bioluminescens. I ordets mest bogstavelige betydning, denne undersøgelse kaster lys over, hvordan mitokondrier fungerer.

Mitokondrier er næsten som celler i cellen. Ligesom deres vært, de har en membran, der beskytter deres genetiske materiale og, først og fremmest, filtrerer udvekslinger med ydersiden. Forskellen i elektrisk ladning mellem indersiden og ydersiden af ​​mitokondrierne, kaldet membranpotentiale, ' tillade visse molekyler at gå igennem, mens andre ramain i skak.

Som mellem de to poler på et brugt elektrisk batteri, mitokondriernes membranpotentiale kan undertiden falde. For forskere, dette er et umiskendeligt fingerpeg om, at dets funktioner er svækket.

Vi ved, hvordan man måler fænomenet på dyrkede celler. Men indtil nu, man kunne ikke rigtig se det på levende dyr. "Cellekulturer er ikke særlig effektive til at studere sygdomme forbundet med mitokondrier, " forklarer Elena Goun, professor ved EPFL og hovedforfatter af artiklen, "Kræft eller diabetes involverer komplekse udvekslinger mellem forskellige typer celler, derfor har vi brug for dyremodeller. "

Elena Goun og hendes kolleger har fundet en måde at studere fænomenet i levende mus. De bruger dyr, der er genetisk modificerede til at udtrykke luciferase - et enzym, der producerer lys, når det kombineres med en anden forbindelse kaldet luciferin. Sådan lyser ildfluer nogle gange op i vores sommeraftener.

Forskere har udviklet to molekyler, der, når det sprøjtes ind i gnaveren, passerer ind i mitokondrierne, hvor de aktiverer en kemisk reaktion. Mitokondrierne producerer derefter luciferin og udstøder det udad. Luciferin kombineres med luciferase i musenes celler og producerer lys.

"I et fuldstændig mørklagt rum, du kan se musene gløde, ligesom ildfluer, " siger Elena Goun.

Forskere behøver kun at måle lysintensiteten for at få et klart billede af, hvor godt mitokondrierne fungerer. Når de fungerer dårligere, deres membran lukker færre kemiske forbindelser ind. Produktionen af ​​luciferin falder, og derfor også lysstyrken.

For at demonstrere potentialet i deres metode, forskerne gennemførte flere forsøg. For eksempel, de observerede, at ældre gnavere producerer betydeligt mindre lys. Dette fald i lys afspejler et fald i mitokondriers aktivitet - deres membranpotentiale er meget lavere end hos yngre gnavere. Vi ved, at alder forårsager et fald i mitokondriernes aktivitet, men det er første gang, at fænomenet er blevet nøjagtigt målt direkte i levende dyr.

Holdet testede også et kemikalie, der er kendt for at forynge mitokondrier:nikotinamid ribosid. Dette molekyle er ikke-giftigt og kommercielt tilgængeligt som et kosttilskud. Mus, der fik denne forbindelse, producerede mere lys, et tegn på øget mitokondriel aktivitet.

Forskerne var også i stand til at måle det samme fænomen i dyremodeller af kræft. Dette kunne være til stor hjælp for forskning i lægemidler mod kræft. Ud over, de demonstrerede også med succes overvågning af mitokondriers membranpotentiale i celler af brunt fedtvæv, rig på mitokondrier. Dets stimulering kunne hjælpe med at helbrede visse former for fedme.

Metoden beskrevet af Elena Goun er primært tiltænkt forskere, der ønsker at forstå mitokondriers rolle bedre, og som har brug for en dyremodel. Anvendelsesområdet er bredt:diabetes, onkologi, aldring, ernæring, neurogenerative sygdomme ... "Vores proces kan måle forskellige grader af mitokondrier, og ikke kun et tænd/sluk-signal, " forklarer Elena Goun. "Den er ekstremt følsom - meget mere end en PET-scanning - overkommelig og nem at implementere.