Investigadores de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania han resuelto un misterio de décadas de cómo se mantiene la potencia de la célula y su moneda energética del flujo de iones de calcio bajo diferentes condiciones fisiológicas.
El equipo, dirigido por Kevin Foskett, PhD, presidente del departamento de Fisiología, identificó un nuevo mecanismo regulador que gobierna los niveles de calcio dentro de las células. Sin este mecanismo fisiológico, los niveles de calcio pueden aumentar sin control, contribuyendo a una variedad de neurodegenerativas,enfermedades metabólicas y cardiovasculares.
Los resultados, informados a principios de este mes en línea Informes de celda , agregue nuevas ideas importantes sobre el mecanismo de control de la entrada de calcio en la unidad de energía celular, llamada mitocondria, y puede ayudar a los científicos a comprender y enfocarse mejor en los componentes moleculares recientemente identificados que regulan el flujo de calcio.
"Comprender los mecanismos moleculares por los cuales se regulan los niveles de calcio mitocondrial puede tener implicaciones importantes para diseñar objetivos terapéuticos para una variedad de enfermedades, incluyendo diabetes, derrame cerebral, cáncer y enfermedades neurológicas relacionadas con la edad que se han relacionado con la disfunción mitocondrial"Foskett dijo. Las mitocondrias se componen de dos membranas. La membrana externa cubre este componente celular como una piel, y la membrana interna se pliega muchas veces, creando capas para aumentar el área de superficie para las reacciones químicas que producen las moléculas de energía del cuerpo. Trastornos de las mitocondrias.puede interrumpir la producción de energía, esencialmente como un apagón eléctrico o un apagón.
El calcio es un importante mensajero químico que regula una variedad de procesos celulares. Cuando los niveles de calcio aumentan en el interior de la célula durante la señalización celular, las mitocondrias lo absorben rápidamente a través de un complejo de proteínas llamado uniportador de calcio mitocondrial MCU.canal de iones que gobierna la absorción de iones de calcio. Es importante mantener niveles correctos de calcio dentro y fuera de las mitocondrias porque es necesario para la producción de energía celular, pero una sobrecarga puede conducir a la muerte celular.
Horia Vais, PhD, investigadora principal del laboratorio Foskett midió las corrientes de iones de calcio que fluyen a través de la MCU. Descubrió que la concentración de calcio dentro de la matriz de mitocondrias regula fuertemente la actividad de la MCU. La matriz contiene enzimas, cadenas de ADN, cristales de proteínas, glucógeno y lípidos y ocupa el espacio interior dentro de las mitocondrias.
Este mecanismo asegura que la actividad de MCU sea baja, evitando la sobrecarga de calcio dentro de las mitocondrias. Este freno de control se puede superar con concentraciones de calcio de matriz más altas durante la señalización celular. En 2012, el grupo Foskett y los colaboradores de la Universidad de Temple establecieron en un estudio seminal publicado enCélula que necesita la proteína mitocondrial MICU1 para establecer el nivel adecuado de absorción de calcio en condiciones normales. Sin embargo, el estudio actual demostró que MICU1 no está localizado en la matriz, sino en el espacio entre membranas.
Los autores establecieron que un extremo de una membrana asociada a MCU, llamada EMRE, residía en la matriz mitocondrial y contenía aminoácidos ácidos que se asemejaban a las regiones sensoras de calcio de otros canales iónicos. La neutralización de estas regiones abolió por completo la regulación del calcio, y la mitocondria se convirtió ensobrecargado con calcio.
A partir de esto, el equipo descubrió que la regulación del calcio de la matriz dependiente de EMRE de MCU requería MICU1, MICU2 y calcio en el otro lado de la membrana interna para funcionar correctamente. EMRE combina sensores de calcio en ambos lados de la membrana interna para regular la MCUactividad y el alcance del flujo de calcio mitocondrial ". Ahora sabemos que esta importante puerta de entrada de canales iónicos en el interior de la célula está regulada por dos guardianes, gobernados por EMRE", dijo Foskett.
"Nuestro estudio desentraña el misterio del mecanismo de custodia mitocondrial", dijo el coautor Karthik Mallilankaraman, PhD, becario postdoctoral en el laboratorio Foskett que ahora es profesor asistente de Fisiología en la Universidad Nacional de Singapur. "Tenemosdemostró que las mitocondrias están protegidas de la sobrecarga de calcio por componentes a cada lado de la membrana interna mitocondrial: proteínas MICU en un lado y matriz de calcio en el otro, junto con EMRE ".
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Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Pensilvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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