Mitokondrier är anmärkningsvärda formskiftande organeller som länge har uppfattats som kraftpaketen i våra celler. Men relativt lite är känt om hur den konstanta klyvningen och fusionen av dessa små energigeneratorer påverkar stamcellsfunktion och vävnadsregenerering.

Nu visar övertygande ny forskning från Dr Mireille Khachos labb vid University of Ottawas medicinska fakultet en huvudroll för mitokondriell dynamik inom vuxna muskelstamceller – de unika och primitiva cellerna som fungerar som kroppens råmaterial för muskelförnyelse och reparation.

Publicerad idag i Cell Stem Cell , fann studien att mitokondriers formövergångar när de förlängs och delar sig i själva verket reglerar det vilande tillståndet hos vuxna muskelstamceller.

De nya fynden kan vara en viktig uppenbarelse eftersom vuxna muskelstamceller – som vanligtvis finns i ett vilande tillstånd som kallas vila – är avgörande för vävnadsstabilitet. Vilande är avgörande för dessa cellers livslängd och de kräver en delikat balans. De blir väckta ur sitt skyddande tillstånd när de aktiveras för förnyelse och när de reparerar vävnad som lider av en skada eller har korroderats av sjukdom.

I huvudsak föreslår hennes labb en omfattande repertoar för mitokondrier. De fungerar inte bara som interna sensorer och kommunikatörer, utan deras fragmentering spelar en stor roll i det övergripande underhållet och funktionen av stamceller. Genom en serie manipulationer med en unik musmodell visade forskarna att det essentiella mitokondriella formningsproteinet OPA1 reglerar det vilande tillståndet hos vuxna muskelstamceller. Och den kroniska förlusten av detta protein och ihållande fragmenteringen leder till allvarliga muskelstamcellsdefekter.

Dr Khachos team säger att fynden visar för första gången att proteinet OPA1 - en av de viktigaste regulatorerna av mitokondriell fusion - är avgörande för underhåll och funktion av muskelstamceller. De satte ihop ett samband mellan utarmningen av stamceller och mitokondrier som blir obalanserade och dysfunktionella.

"Det här dokumentet är en kombination av att avslöja fysiologiska mekanismer och sedan använda det för att förklara vad som kan gå fel i sjukdomar och åldrande", säger Dr. Khacho, biträdande professor i uOttawa vid institutionen för biokemi, mikrobiologi och immunologi som innehar Kanadas forskningsstol. i mitokondriell dynamik och regenerativ medicin.

Den lilla strukturens roll är något kontraintuitiv. I allmänhet är fragmentering av mitokondrier ett destruktivt fenomen för celler i vävnader, förklarar Dr Khacho. Men i sina experiment med vuxna muskelstamceller fann hennes team att deras fragmentering också fungerar som en fysiologisk mekanism som aktiverar signalering till kärnan. Den gör detta genom att öka nivåerna av en antioxidantpeptid som kallas glutation. Ännu mer spännande är att de avslöjade en ny funktion för denna peptid:den fungerar som en signalmolekyl som förmedlar överhörningen mellan mitokondrier och kärnan.

"Avbrott i mitokondrierna kan vara orsaken till att vi förlorar våra stamceller under sjukdomar och åldrande", säger Dr Khacho. "Om du har ett scenario där du har obalanserad mitokondriell dynamik, vilket kan hända vid sjukdomar och i åldrande, vad som i slutändan skulle hända är att dina stamceller skulle förlora sin skyddande vila och de skulle utarmas med tiden."

Teamets insikter kommer säkerligen att vara av djupt intresse för forskare som studerar en rad muskelrelaterade degenerativa sjukdomar, såväl som muskelsvaghet och atrofi under åldrandet. Vidare kan det så småningom bidra till att bana väg för terapeutiska strategier för att modifiera mitokondriell dynamik och funktion i stamceller för att återställa den regenerativa potentialen hos vävnader.

Det är viktigt eftersom muskeldegeneration är en ledande orsak till funktionshinder över hela världen. Fynd som belyser bidraget från mitokondriella störningar till dysfunktioner i vuxna stamceller kan vara ett steg mot ansträngningar för att återställa den regenerativa potentialen hos muskler vid degenerativa störningar och åldrande. + Utforska vidare

Hyaluronsyra, en naturligt förekommande förening, väcker stamceller för att reparera skadade muskler