به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلامت اندامک برای عملکرد سلول حیاتی است. در نتیجه، سلول‌ها مکانیسم‌های زیادی برای ترمیم یا حذف اندامک های معیوب دارند. Gustafsson، استاد زیست‌شناسی سلولی و مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، عملکرد میتوکندری و اهمیت آن را برای سلول‌های قلب مطالعه می‌کند. در یک مقاله اخیراً منتشر شده در Nature Communications، آزمایشگاه گوستافسون مشخص کرد که میوسیت‌های قلبی و سایر سلول‌ها در زمانی که تخریب لیزوزومی مهار می‌شود، از ترشح برای حذف میتوکندری از سلول استفاده می‌کنند. برای بررسی این فرآیند، گوستافسون و تیمش از چندین تکنیک میکروسکوپی از جمله دیسک چرخشی میکروسکوپ کانفوکال، میکروسکوپ فلورسانس، میکروسکوپ الکترونی عبوری، و نور و میکروسکوپ الکترونی استفاده کردند.

اهمیت حفظ هموستاز سلولی و عملکرد قلب

انقباض میوسیت‎های قلبی به سطوح بالایی از ATP نیاز دارد که توسط فسفوریلاسیون اکسیداتیو میتوکندری تامین می‌شود. با این حال، میتوکندری‌های ناکارآمد گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) بیش از حد تولید می‌کنند که می‌تواند باعث آسیب به اجزای سلولی شود و این اندامک‌ها همچنین می‌توانند مستقیماً مسیرهای مرگ سلولی را فعال کنند. بنابراین، حذف موثر میتوکندری‌های نابجا برای حفظ هموستاز سلولی و عملکرد قلب بسیار مهم است. برای جلوگیری از مرگ غیرضروری، سلول‌ها مکانیسم‌های مختلفی را ایجاد کرده‌اند که در ترمیم یا حذف میتوکندری‌های ناکارآمد نقش دارند. این مسیرهای کنترل کیفیت به ویژه در میوسیت‌های قلبی تمایز یافته، که قادر به رقیق کردن آسیب سلولی از طریق تقسیم سلولی نیستند و به راحتی قابل بازسازی نیستند، مهم هستند. اتوفاژی مسیر اولیه ای است که در پاکسازی میتوکندری‌های ناکارآمد در قلب نقش دارد و شامل جداسازی یک میتوکندری توسط یک اتوفاگوزوم است که سپس محموله را به لیزوزوم  تحویل می‌دهد. میتوکندری‌ها همچنین می‌توانند توسط اندوزوم‌های اولیه درگیر شوند یا مستقیماً وارد لیزوزوم شوند. اگرچه مکانیسم‌های متعددی برای تخریب میتوکندری در سلول‌ها وجود دارد، این مسیرها همگی در لیزوزوم که در نهایت مسئول تجزیه نهایی توده‌های پروتئینی و اندامک‌ها است، همگرا می‌شوند. در حال حاضر مشخص نیست که آیا مسیرهای کنترل کیفیت میتوکندری جایگزینی وجود دارد که عملکرد لیزوزومی به خطر بیفتد یا تحت تأثیر قرار گیرد. سلول‌ها به انتشار وزیکول‌هایی با منشأهای مختلف با قطر 0.05-1μm در فضای خارج سلولی معروف هستند. مطالعات گزارش کرده‌اند که این وزیکول‌ها با رساندن اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها و لیپیدها به سلول‌های گیرنده در ارتباطات سلولی شرکت می‌کنند. انتشار EV ها در بیماری‌های مختلف یا در هنگام استرس افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، در طول انفارکتوس میوکارد، EVs افزایش یافته است. ترشح EVs توسط ماهیچه‌های اسکلتی نیز در حین ورزش در جوندگان و انسان‌ها افزایش می‌یابد. گزارش شده است که EV ها بازسازی بافت عضله اسکلتی آسیب دیده را ترویج می‌کنند. با این حال، همچنین شواهد در حال ظهوری وجود دارد که EVs ممکن است به عنوان یک مسیر جایگزین برای کنترل کیفیت سلولی عمل کنند.

هدف از انجام این مطالعه چیست؟

میتوکندری بیشتر انرژی سلول را تولید می‌کند. با این حال، زمانی که میتوکندری‌ها ناکارآمد، آسیب‌دیده یا قدیمی می‌شوند، می‌توانند به اندامک‌های طرفدار مرگ تبدیل شوند که گونه‌های اکسیژن فعال تولید می‌کنند که به پروتئین‌ها و DNA سلول آسیب می‌رسانند. این یک مشکل بزرگ برای میوسیت‌های قلبی است که برای انقباض به انرژی تولید شده توسط میتوکندری‌ها متکی هستند. علاوه بر این، بدن نمی‌تواند این سلول‌های خاص را جایگزین کند زیرا آنها تقسیم نمی‌شوند. سلول‌ها مکانیسم‌های کنترل کیفیت مختلفی برای شناسایی و ترمیم میتوکندری‌های ناکارآمد دارند، اما زمانی که اندامک‌ها بیش از حد آسیب ببینند، سلول با استفاده از لیزوزوم‌ها آن‌ها را تجزیه می‌کند. ما می‌خواستیم مشخص کنیم وقتی لیزوزوم‌ها خوب کار نمی‌کنند، چه اتفاقی برای سلول می‌افتد و آیا مسیر دیگری برای مقابله موقت با میتوکندری‌های آسیب‌دیده وجود دارد یا خیر. این اطلاعات برای بیماران مبتلا به بیماری دانون که دارای جهش در پروتئین لیزوزومی هستند که باعث کاردیومیوپاتی می‌شود، اهمیت ویژه ای دارد.

چگونه سلول‌ها میتوکندری‌های آسیب دیده را بدون استفاده از لیزوزوم‌های خود دفع می‌کنند؟

ما کشف کردیم که فیبروبلاست‌ها و میوسیت‌های قلبی زمانی که عملکرد لیزوزومی آنها به خطر بیفتد یا تحت تأثیر قرار گیرد، میتوکندری را در داخل وزیکول‌های خارج سلولی (EV) ترشح می‌کنند. این کپسوله سازی تضمین می‌کند که میتوکندری‌ها به دلیل منشاء باکتریایی خود، پس از خارج شدن از سلول، پاسخ ایمنی خطرناکی را ایجاد نمی‌کنند. EV حاوی میتوکندری از داخل اجسام چند وزیکولی (MVB) سرچشمه می‌گیرد، که یا محموله را برای تخریب به لیزوزوم‌ها می‌رساند یا همه چیز را برای ترشح به غشای پلاسمایی می‌فرستد. ما دریافتیم که Rab7، پروتئینی که در غشای خارجی MVB وجود دارد، تنظیم‌کننده‌ای است که در تعیین سرنوشت وزیکول‌ها نقش دارد. ما معتقدیم که Rab7 فعال EV را به سمت لیزوزوم‌ها هدایت می‌کند، اما در غیاب این پروتئین یا زمانی که غیرفعال است، سلول EV را به غشای پلاسمایی منتقل می‌کند. هنگامی که میوسیت‌های قلبی EV حاوی میتوکندری را آزاد می‌کنند، ماکروفاژهای قلبی ساکن و سایر سلول‌های قلب، وزیکول‌ها را درونی می‌کنند تا آنها را از طریق لیزوزوم‌های خود تجزیه کنند. EV به نظر نمی‌رسد وارد گردش خون شود اما در قلب باقی می‌ماند. در نهایت، این یک مسیر جایگزین برای دفع زباله است که توسط سلول‌ها برای خلاص شدن از شر میتوکندری‌های ناکارآمد و آسیب‌دیده در زمانی که نمی‌توانند اندامک‌های لیزوزوم خود را تخریب کنند، استفاده می‌کنند.

چرا در این مقاله از چند تکنیک میکروسکوپی استفاده کردید؟

ما از هر تکنیک میکروسکوپی برای پاسخ به یک سوال تحقیقاتی متفاوت استفاده کردیم. ما از میکروسکوپ فلورسانس سنتی برای بررسی کولوکالیزاسیون بین EV و میتوکندری استفاده کردیم. ما از میکروسکوپ کانفوکال دیسک چرخشی برای تصویربرداری سلول زنده خود استفاده کردیم زیرا به میکروسکوپی نیاز داشتیم که به اندازه کافی سریع باشد تا بتواند بسیاری از رویدادهای جداسازی میتوکندری را در مدت کوتاهی ثبت کند و مجهز به یک محفظه محیطی برای حفظ سطح دی اکسید کربن و دما باشد. میکروسکوپ الکترونی (EM) به ما این امکان را می‌دهد که به میتوکندری و EV در سطح فراساختاری نگاه کنیم، که با میکروسکوپ فلورسانس امکان‌پذیر نیست. با استفاده از EM، توانستیم اندازه و شکل وزیکول را ارزیابی کنیم.

شواهد کسب شده

در این مطالعه، ما افزایش ترشح EV حاوی میتوکندری را پس از تحت فشار قرار دادن سلول‌ها مشاهده کردیم. علاوه بر این، زمانی که ترشح را مسدود کردیم، سطح مرگ سلولی افزایش یافت. گام بعدی بررسی این است که در وضعیت بیمار چه اتفاقی می‌افتد. به عنوان مثال، ما می‌خواهیم تعیین کنیم که آیا ترشح EV پس از انفارکتوس میوکارد که باعث آسیب زیادی به میتوکندری می‌شود، افزایش می یابد یا خیر. علاوه بر این، ما می‌خواهیم بررسی کنیم که آیا EV در بازسازی قلب و فعال شدن التهاب در وضعیت بیمار نقش دارد یا خیر.

پایان مطلب/.