Un nuevo estudio de los Institutos Gladstone muestra por primera vez que las deficiencias en las mitocondrias, las plantas de energía celular del cerebro, pueden agotar los niveles de energía celular y causar disfunción neuronal en un modelo de enfermedad neurodegenerativa.
Durante mucho tiempo se ha planteado la hipótesis de un vínculo entre las mitocondrias, la falla energética y la neurodegeneración. Sin embargo, ningún estudio previo pudo investigar exhaustivamente la conexión porque no había pruebas o ensayos suficientemente sensibles para medir el ATP la unidad de energía de la célulaque es generado por las mitocondrias en neuronas individuales
En el estudio actual, que fue elegido como el Papel de la semana en el Revista de Química Biológica , los científicos crearon nuevos ensayos para medir con mayor precisión la producción de energía del cerebro. Usando un modelo de la enfermedad de Leigh, un trastorno neurodegenerativo genéticamente heredado que afecta a las mitocondrias, los investigadores probaron los niveles de energía en las neuronas usando los nuevos ensayos. Descubrieron que la genéticaLa mutación asociada con la enfermedad de Leigh comprometió los niveles de ATP, y esta reducción de ATP fue suficiente para causar una disfunción celular significativa.
"Siempre se asumió que los defectos en las mitocondrias darían como resultado un agotamiento de los niveles de energía, lo que sería tóxico para las neuronas", dice el primer autor Divya Pathak, PhD, becario postdoctoral en el Instituto Gladstone de Enfermedades Neurológicas ". Pero nouno pudo probar esto porque los ensayos necesarios no estaban disponibles. Ahora que hemos demostrado el vínculo entre las mitocondrias deterioradas, la pérdida de ATP y la disfunción neuronal, el siguiente paso es ver si esta conexión es válida en condiciones comoLa enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer ".
Aplicando su nuevo ensayo en neuronas sanas, los investigadores también determinaron el umbral de energía necesario para apoyar el ciclo sináptico de vesículas, el proceso por el cual las células cerebrales liberan neurotransmisores para comunicarse entre sí. Los científicos bloquearon la glucólisis, otra forma en que las células producen ATP, por lo que las células tuvieron que depender únicamente de sus mitocondrias para obtener energía. Esto permitió a los investigadores evaluar con mayor precisión la contribución del ATP mitocondrial a los diferentes pasos del ciclo, y cómo este proceso falla cuando las mitocondrias funcionan mal.
A partir de esta exploración, los científicos revelaron que llevar las vesículas de regreso a la célula después de haber liberado sus neurotransmisores es el proceso que requiere más energía. De hecho, en el modelo de la enfermedad de Leigh, las células no tenían suficiente ATP para completarEste paso.
Los investigadores también compararon los niveles de energía en los botones, los muelles desde los que se envían los neurotransmisores, con y sin mitocondrias. Sorprendentemente, no hubo diferencias en los niveles de energía entre los dos, y ambos tipos de botones tenían ATP suficiente para soportar la sinápticaCiclos de vesículas. A partir de esto, los científicos concluyeron que, en condiciones normales, el ATP se difunde rápidamente de los botones con mitocondrias a los que no tienen, de modo que incluso aquellos botones que carecen de mitocondrias tienen energía suficiente para funcionar en condiciones normales. Señalan que será importante determinar silos botones que carecen de mitocondrias aún podrán funcionar correctamente en enfermedades que interrumpen la distribución de las mitocondrias.
El autor principal, Ken Nakamura, MD, PhD, investigador asistente del Instituto Gladstone de Enfermedades Neurológicas, dice que realizar esta investigación en células sanas y enfermas es esencial para interpretar los hallazgos. "Realmente necesitamos entender los conceptos básicos de las célulasLa biología en un entorno normal para comprender los cambios en la enfermedad ", explica." Vale la pena tomarse el tiempo para estudiar estos procesos biológicos subyacentes para que podamos identificar los mejores objetivos terapéuticos para los trastornos neurodegenerativos ".
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Materiales proporcionado por Institutos Gladstone . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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