Un latido del corazón comienza con una descarga de calcio en las células del corazón seguido de un estallido de energía de las mitocondrias residentes. Estos dos eventos ocurren con cada latido. Sin embargo, estos eventos no se limitan a las células del corazón y de hecho ocurren en las célulasde muchos otros órganos. Una pregunta fundamental que los investigadores han formulado es cómo se pueden vincular los diferentes patrones de ingesta de calcio con las necesidades energéticas muy diferentes de, por ejemplo, una célula cardíaca que late incesantemente en comparación con una célula hepática que recibe señales de calcio menos regulares.
Ahora, los investigadores de la Universidad Thomas Jefferson han demostrado que la composición del portal de calcio mitocondrial la proteína que regula cuándo y cuánto calcio ingresa es diferente según el órgano del cuerpo, y esta diferencia permite que las mitocondrias sintonicen su energíasalida decodificando un patrón de amplitud y / o frecuencia de oscilaciones de calcio dentro de una célula. Los resultados, publicados el 7 de marzo en la revista Informes de celda , podría arrojar luz sobre nuestra comprensión básica de la salud y enfermedad de los órganos.
"Las mitocondrias tienen que ajustar la producción de energía para satisfacer las necesidades metabólicas del tejido, ya sea en el corazón, el hígado o el músculo", dice Gyorgy Hajnoczky, MD, Ph.D., la Cátedra Dotada Raphael Rubiny profesor de patología, anatomía y biología celular en la Universidad Thomas Jefferson y director del Centro Jefferson MitoCare.
El Dr. Hajnoczky y sus colegas Gyorgy Csordas, MD y Erin Seifert, Ph.D., facultad del Centro MitoCare, analizaron la composición del portal de calcio mitocondrial en tres tipos de tejidos de ratones: corazón, hígado y músculo esquelético, ynotó que la proporción de la proteína del canal principal, llamada MCU, y una proteína reguladora, llamada MICU1, variaba según los tipos de tejido. Ellos y otros habían demostrado previamente que MICU1 es un interruptor maestro de detección de calcio que sella el canal hasta que se alcanza un umbralluego acelera su activación.
Sorprendentemente, el grupo descubrió que el hígado contenía una gran cantidad de proteína reguladora en relación con la cantidad de proteína del canal, mientras que el corazón tenía una proporción más baja de proteína reguladora. Esto significaba que las células hepáticas tienen canales de calcio mitocondriales que son máses probable que esté bajo el control del regulador, mientras que las células cardíacas tienen canales de calcio mitocondriales menos protegidos.
¿Cómo podría cambiar la forma en que el nivel de "protección" o regulación del portal influye en la producción de energía de las mitocondrias? La proteína reguladora, MICU1, establece el umbral de cuánto calcio debe acumularse antes de que se abra el canal. Pero una vez abierto, MICU1 también ayuda aacelerar el flujo de calcio a través del canal. Lo que muestra el nuevo estudio del grupo es que en las mitocondrias de las células del corazón, tener menos del regulador MICU1 en relación con la proteína del canal crea la oportunidad de que las señales de calcio de muy alta frecuencia entren en las mitocondrias ypara estimular la producción de energía a fin de mantener el latido continuo del corazón. En comparación, las oscilaciones de calcio más lentas en el hígado obedecen al interruptor principal, lo que mejora la transferencia y la decodificación de cada pico de calcio individual por parte de las mitocondrias. Esto también significa que el calcio afueralas mitocondrias necesitan alcanzar un nivel más alto para acceder a las mitocondrias, lo que significa que las mitocondrias hepáticas, en comparación con las mitocondrias cardíacas,son más exigentes si aumentan la producción de energía en respuesta al calcio.
Para probar si las mitocondrias cardíacas pueden ser tan discriminatorias como las mitocondrias hepáticas, los investigadores analizaron ratones que fueron tratados experimentalmente para producir más proteína reguladora MICU1 en sus células cardíacas. Como resultado, el corazón se debilitó y tuvo más característicasde un corazón que falla. Esto sugiere que tener un canal de calcio mitocondrial relativamente sin protección en el corazón es crucial para el buen funcionamiento del corazón, y que esto es probable porque el canal sin protección permite la absorción de calcio suficiente en las mitocondrias para igualar la producción de energía con elNecesidades energéticas del corazón.
"Es tentador preguntarse si un corazón que envejece o que falla puede ser uno cuyo uniportador de calcio [proteína portal] también está fallando, lo que hace que su función mitocondrial se desacelere hasta el punto de que no puede mantenerse al día con las demandas de energía".dice la primera autora Melanie Paillard, Ph.D., quien completó la investigación como becaria postdoctoral en el laboratorio del Dr. Hajnoczky, y actualmente se encuentra en el laboratorio CarMeN, equipo 5-Cardioprotection en Lyon, Francia.
Curiosamente, en un estudio publicado previamente por el mismo grupo, cuando los investigadores realizaron el experimento inverso, reduciendo la proteína reguladora en las células del hígado, que normalmente tienen niveles más altos, las células del hígado se volvieron más parecidas al corazón.abrir y crear un pico de calcio fue menor, lo que significaba que las mitocondrias del hígado estaban expuestas a más calcio de lo normal ". Como resultado", dice el Dr. Hajnoczky, "el hígado era más susceptible a daños y lesiones porque las mitocondrias también estaban expuestasmucha energía "
"Estos estudios nos dan una idea de la fisiología básica y de cómo esos jugadores de nivel de proteína pueden estar involucrados en estados normales y de enfermedad", dice el Dr. Hajnoczky. "El trabajo futuro profundizará en cómo los cambios en estas proteínas mitocondriales afectan la enfermedad"."
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Materiales proporcionados por Universidad Thomas Jefferson . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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