A központi idegrendszer különböző sejttípusaiban, sőt a sejtek különböző részeiben is eltérő az alapvető mitokondriális funkciók szabályozása, állapította meg a Nature Neuroscience közleménye.

Bár kezdetben úgy vélték, a mitokondriumok valamennyi sejtünkben egyforma, autonóm sejtszervecskék, amik a sejt ATP-ellátását biztosítják, napjainkban egyre többféle funkciójukra derül fény (így pl. részt vesznek a jelátvitelben, szabályozzák a sejt életciklusát, irányítják a sejthalál bekövetkeztét), továbbá az is bebizonyosodott, hogy a különböző szövetekben különbözőképpen működnek. Az immun- és az őssejtekben például mitokondriumok kontrollálják a sejtdifferenciációt, míg az idegrendszerben a mitokondriumok szabályozzák az idegsejt-elágazódást és -regenerációt, a szinapszisok erősségét, stabilitását és jelátviteli működését.

A korábbi eljárásokkal csak a különböző szövetek átlagos mitokondriális proteomját lehetett felrajzolni, a Nature Neuroscience-ben ismertetett új technológia viszont lehetővé teszi a különböző sejttípusok eltérő mitokondriális működésének megismerését, a sejttípus-specifikus mitokondriális változások nyomon követését a központi idegrendszer fejlődése és különböző pathológiái során. Ezáltal az idegrendszeri betegségek alakulásának új dimenziója tárulhat fel, írja tanulmányában (Cell-type-specific profiling of brain mitochondria reveals functional and molecular diversity) a Müncheni Technikai Egyetem neuronális sejtbiológusa, Thomas Misgeld által vezetett kutatócsoport.

Mint a szerzők kifejtik, azt eddig is lehetett vizsgálni, hogy a különböző sejtekben milyen eltérések vannak a mitokondriális gének átíródása között (transzkriptómák), azonban eddig nem ismertük, hogy a transzkripciós különbségek milyen eltérésekhez vezetnek a mitokondriális fehérjekészletben (proteom). A mitokondriális proteom ugyanis egyedülállóan bonyolult módon alakul ki, különösen a messze elterülő geometriával bíró neuronokban, azaz a különböző sejtek különböző kompartmentjeiben lévő mitokondriumok proteomjainak megismerése valójában egy teljesen új szintet jelent az idegi működés megismerésében.

A kóros mitokondriális működés számos neurodegeneratív betegség sajátja, azonban eddig nem lehetett tudni, hogy a sejttípus-specifikus pathológiában pontosan mi is a mitokondriumok szerepe. Jelen tanulmányukban Misgeld és munkatársai három különféle központi idegrendszeri sejttípuson mutatták be a technológia működését: vizsgálták a kisagyi gátló Purkinje sejtek, a serkentő granuláris sejtek és az asztociták mitokondriumainak fehérjéit. A munkacsoport által kimutatott fehérjéknek eddig mindössze 56,5%-a volt ismert; a fehérjék 15%-a (196 fehérje) expresszálódott eltérően a három sejtféleségben. A Purkinje sejtek mitokondriumaiban különösen az endoplazmás retikulummal kapcsolatot biztosító Rmnd3 protein szintje volt magas, míg a granuláris sejtek mitokondriumaiban a kalcium-transzportban szerepet játszó Mcu proteiné (az elektrontranszport fehérjéi azonosan expresszálódtak). Az egészséges állatmodell (egér) révén nyert ismereteket (sejttípus-specifikus mitokondriális markerek) a kutatók humán szövetek immunhisztológiai vizsgálatában is alkalmazták, továbbá megvizsgálták Alzheimer-kóros és amyotrófiás laterálszklerózisos állatmodell és humán agysejtek mitokondriális proteomjait. Így többek között kiderült, hogy az idegsejtekhez képest az asztrociták mitokondriumai jóval hatékonyabb lipidmetabolizmust biztosítanak, és kimutatták, hogy ALS-ben olyan eltérés jelenik meg az idegsejtek mitokondriumaiban, ami az asztrocitákra nem jellemző (azaz lehetővé vált a központi idegrendszeri betegségekkel együtt járó metabolikus eltérések pontosabb feltérképezése). Az eljárással nemcsak az mutatható ki, hogy mennyi plaszticitást őriztek meg a megbetegedett sejtek, de pl. az egészséges sejtek különböző ingerekre adott válasza vagy az öregedés során jelentkező változás is nyomon követhető.

A sejtspecifikus mitokondrium-profilírozást lehetővé tevő, MitoTag elnevezésű technológia a következő: a kutatók egyrészt olyan génmódosított egereket hoztak létre, amelyeknek egy külső mitokondriális membránfehérjéje egy rekombináz enzim jelenlétében fluoreszcens átalakulásra képes. Másrészt olyan mutáns egereket is létrehoztak, amelyekben a vizsgálni kívánt sejttípus expresszálja a rekombináz enzimet. A kétféle mutáns egértörzs keresztezésével létrejött állatokban csak a vizsgálni kívánt sejttípus mitokondriumai fluoreszkálnak, és az állatok feláldozása után ezek a fluoreszkáló mitokondriumok antitestek segítségével izolálhatókká válnak.


Eredeti közlemény:
Fecher, Caroline, Laura Trovò, Stephan A. Müller, Nicolas Snaidero, Jennifer Wettmarshausen, Sylvia Heink, Oskar Ortiz et al. "Cell-type-specific profiling of brain mitochondria reveals functional and molecular diversity." Nature Neuroscience 22, no. 10 (2019): 1731-1742.

Szemlézte:
Kazai Anita dr.
2019.december