Un nuovo meccanismo che consente alle cellule di mantenere la produzione di energia anche quando la loro alimentazione principale cala/è compromessa, è stato scoperto dai biologi della Duke-NUS Medical School. In collaborazione con un team internazionale di ricercatori, gli scienziati hanno scoperto che un supercomplesso proteico precedentemente sconosciuto, denominato SC-XL, aumenta la produzione di energia e riduce i sottoprodotti nocivi nelle cellule con specifiche interruzioni genetiche.
Questi risultati, pubblicati su Cell Metabolism, potrebbero aprire la strada a nuovi approcci terapeutici mirati ai disturbi causati da carenze nella produzione di energia cellulare, in particolare la cardiopatia ischemica, una condizione in cui le arterie ristrette limitano il flusso di sangue e ossigeno al cuore.
I mitocondri, spesso descritti come centrali elettriche cellulari, generano energia attraverso una sequenza chiamata catena di trasporto degli elettroni che comprende vari complessi proteici. Questa nuova ricerca mostra che SC-XL può migliorare la produzione di energia anche quando i percorsi energetici tradizionali vacillano, come durante la cardiopatia ischemica, che rimane una delle principali cause di morte a Singapore, rappresentando quasi il 19% dei decessi nel 2019 e responsabile di oltre 20,5 milioni di decessi a livello globale ogni anno, con tassi previsti in aumento entro il 2050 a causa dell’invecchiamento della popolazione e delle disparità economiche.
I risultati hanno rivelato che la formazione di SC-XL può migliorare la funzione mitocondriale anche quando l’attività del Complesso III è ridotta fino al 70%, aiutando a sostenere la produzione di energia e a mantenere la funzione cardiaca sotto stress ischemico. Aumentando l’ossidazione degli acidi grassi, SC-XL migliora anche la salute metabolica e riduce i danni indotti dallo stress ossidativo.
Il Dott. Liang Chao, ricercatore associato presso il Cardiovascular and Metabolic Disorders Program presso la Duke-NUS e primo autore dello studio, ha affermato che le nuove scoperte potrebbero avere applicazioni interessanti: “Siamo ottimisti circa il potenziale di indirizzare i supercomplessi come strategia terapeutica per le malattie metaboliche croniche associate alla disfunzione mitocondriale”.
Si pensa che i supercomplessi mitocondriali stabilizzino la funzione mitocondriale durante lo stress, aiutando a mantenere la produzione di energia e a minimizzare i danni cellulari. Le mutazioni genetiche che influenzano la formazione del Complesso III possono portare alla creazione spontanea di SC-XL.
Utilizzando la microscopia crioelettronica ad alta risoluzione, ottenuta in collaborazione con il Dott. James A. Letts dell’Università della California-Davis, i ricercatori hanno dimostrato che SC-XL è composto da due subunità del Complesso I e due subunità del Complesso III.
Hanno scoperto che la formazione di SC-XL aumenta il numero di pieghe nella membrana mitocondriale interna, espandendone la superficie. Di conseguenza, più proteine produttrici di energia possono essere incorporate nella membrana, aumentando la produzione energetica complessiva. Questo adattamento strutturale consente alle cellule di compensare la ridotta attività del Complesso III, evidenziando la natura dinamica e flessibile della struttura e della funzione mitocondriale.
Il team ha anche scoperto che se la formazione di SC-XL fosse bloccata in queste cellule, non potrebbero compensare la ridotta produzione di energia. Ciò sottolinea il ruolo critico di SC-XL nel mantenimento dell’equilibrio energetico cellulare.
L’autore principale dello studio, la Prof.ssa associata Lena Ho del programma Cardiovascular and Metabolic Disorders della Duke-NUS, ha affermato: “Comprendere i supercomplessi trasforma il nostro approccio alla salute mitocondriale. Sebbene siano stati osservati biochimicamente per decenni, le loro vere funzioni sono state sfuggenti. Ora li vediamo come sistemi di backup critici che entrano in azione per sostenere l’energia quando le fonti primarie vacillano. La nostra prossima sfida è quella di attivare questi sistemi di backup in modo proattivo, senza attendere un fattore scatenante di stress“.
Il team ha anche scoperto che la formazione di SC-XL riduce la produzione di specie reattive dell’ossigeno, che sono sottoprodotti nocivi dell’attività mitocondriale che possono danneggiare i componenti cellulari. SC-XL sembra far sì che le cellule utilizzino i grassi in modo più efficiente come fonte di energia, migliorando l’ossidazione degli acidi grassi. Ciò non solo aumenta la produzione di energia, ma aiuta anche a prevenire l’accumulo di lipidi in eccesso, il che può migliorare la salute metabolica.
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Il Professor Patrick Tan, vice-Preside senior per la ricerca presso Duke-NUS, ha commentato: “Questa scoperta rimodella la nostra comprensione dei sistemi energetici cellulari e apre la strada a nuovi trattamenti per la disfunzione mitocondriale. Presso Duke-NUS, ci dedichiamo alla ricerca che si traduce in reali benefici per la salute. L’esplorazione dei supercomplessi SC-XL non solo amplia le nostre conoscenze scientifiche, ma evidenzia anche potenziali strategie terapeutiche per migliorare significativamente i risultati per i pazienti con disturbi cardiaci e metabolici“.