Napredni metod zasnovan na slikama naučnika iz Scripps Research-a nudi novi način proučavanja mitohondrija.
U svom izveštaju od 14. februara 2023. u Journal of Cell Biology, naučnici su opisali skup tehnika koje omogućavaju snimanje i kvantifikaciju čak i suptilnih strukturnih promena unutar mitohondrija, kao i korelaciju tih promena sa drugim procesima koji se odvijaju u ćelijama.
Mitohondrije su uključene ne samo u proizvodnju energije, već iu nekoliko drugih kritičnih ćelijskih funkcija, uključujući deobu ćelija i reakcije koje čuvaju ćelije na različite vrste stresa. Mitohondrijalne disfunkcije su primećene u nizu bolesti, uključujući Alchajmerovu, Parkinsonovu bolest i različite vrste raka, a istraživači su željni da razviju tretmane koji mogu da preokrenu ove disfunkcije. Ali naučni alati za proučavanje finih detalja strukture mitohondrija su ograničeni.
„Sada imamo moćan novi komplet alata za otkrivanje i kvantifikaciju strukturnih, a samim tim i funkcionalnih razlika u mitohondrijama – na primer, u bolesnim i zdravim stanjima“, kaže viši autor studije Danielle Grotjahn, dr. Integrativna strukturna i računarska biologija u Scripps Research-u.
Koautori studije bili su članovi laboratorije Grotjahn Benjamin Barad, doktor nauka, postdoktorski naučni saradnik, i Michaela Medina, dr. kandidat.
Mitohondrije su jedna od mnogih molekularnih mašina vezanih za membranu, ili „organele“, koje žive u ćelijama biljaka i životinja. Obično brojeći stotine do hiljade po ćeliji, mitohondrije imaju svoje male genome i karakterističnu strukturu sa spoljnom membranom i talasastom unutrašnjom membranom gde se dešavaju ključne biohemijske reakcije. Naučnici znaju da se izgled mitohondrijalnih struktura može dramatično promeniti u zavisnosti od toga šta mitohondrij radi, ili koji su stresovi prisutni u ćeliji. Ove strukturne promene stoga mogu biti veoma korisni markeri stanja ćelija, iako do sada nije postojao dobar metod za njihovo otkrivanje i kvantifikaciju.
U studiji, Grotjahnov tim je sastavio računarski alat za obradu podataka o slikama iz tehnike mikroskopije koja se zove krio-elektronska tomografija (krio-ET), koja u suštini prikazuje biološke uzorke u tri dimenzije, koristeći elektrone umesto svetlosti. „Površinski morfometrijski alat“, kako ga nazivaju, istraživača omogućava detaljno mapiranje i merenje strukturnih elemenata pojedinačnih mitohondrija. Ovo uključuje krivine unutrašnje membrane i praznine između membrana — sve potencijalno korisne markere važnih mitohondrijalnih i ćelijskih događaja.
„To nam u suštini omogućava da prelepe 3D slike mitohondrija koje možemo da dobijemo od krio-ET-a pretvorimo u osetljiva, kvantitativna merenja – koja potencijalno možemo da koristimo da pomognemo u identifikaciji detaljnih mehanizama bolesti, na primer“, kaže Barad.
Tim je demonstrirao komplet alata koristeći ga za mapiranje strukturnih detalja na mitohondrijama kada su njihove ćelije bile podvrgnute stresu endoplazmatskog retikuluma, vrsti ćelijskog stresa koji se često viđa kod neurodegenerativnih bolesti. Oni su primetili da su se ključne strukturne karakteristike, kao što je zakrivljenost unutrašnje membrane, ili minimalno rastojanje između unutrašnje i spoljašnje membrane, merljivo promenile kada su pod ovim stresom.
Sa svojim uspešnim demonstracijama novog kompleta alata sa dokazom o principu, laboratorija Grotjahn će ga sada koristiti za detaljnije proučavanje kako mitohondrije reaguju na ćelijski stres ili druge promene izazvane bolestima, toksinima, infekcijama, pa čak i farmaceutskim proizvodima.
„Možemo da uporedimo efekte na mitohondrije u ćelijama tretiranim lekom sa efektima na netretirane mitohondrije, na primer“, kaže Medina. „A ovaj pristup nije ograničen na mitohondrije – možemo ga koristiti i za proučavanje drugih organela unutar ćelija.“
