Små fabriker flyter inuti våra celler och förser dem med nästan all energi de behöver:mitokondrierna. Deras effektivitet minskar när vi blir äldre, men också när vi möter många sjukdomar som diabetes, cancer eller Parkinsons. Det är därför forskare blir allt mer intresserade av hur de fungerar. På EPFL, ett team har utvecklat ett protokoll för att mäta deras aktivitet i levande djur. Beskrivs i Naturens kemiska biologi , metoden bygger på molekylen som är ansvarig för eldflugans bioluminescens. I ordets mest bokstavliga bemärkelse, denna studie belyser hur mitokondrier fungerar.

Mitokondrier är nästan som celler i cellen. Liksom deras värd, de har ett membran som skyddar deras genetiska material och, framför allt, filtrerar utbyten med utsidan. Skillnaden i elektrisk laddning mellan insidan och utsidan av mitokondrierna, kallas membranpotential, låt vissa molekyler gå igenom, medan andra ramain i schack.

Som mellan de två polerna på ett använt elektriskt batteri, membranpotentialen i mitokondrierna kan ibland sjunka. För vetenskapsmän, detta är en omisskännlig ledtråd om att dess funktioner är nedsatta.

Vi vet hur man mäter fenomenet på odlade celler. Men tills nu, man kunde inte riktigt se det på levande djur. "Cellkulturer är inte särskilt effektiva för att studera sjukdomar kopplade till mitokondrier, " förklarar Elena Goun, professor vid EPFL och huvudförfattare till artikeln, "Cancer eller diabetes involverar komplexa utbyten mellan olika typer av celler, därför behöver vi djurmodeller. "

Elena Goun och hennes kollegor har hittat ett sätt att studera fenomenet hos levande möss. De använder djur som är genetiskt modifierade för att uttrycka luciferas - ett enzym som producerar ljus när det kombineras med en annan förening som kallas luciferin. Så här lyser eldflugor ibland upp våra sommarkvällar.

Forskare har utvecklat två molekyler som, när det injiceras i gnagaren, passera in i mitokondrierna, där de aktiverar en kemisk reaktion. Mitokondrierna producerar sedan luciferin och skjuter ut det utåt. Luciferin kombineras med luciferas i mössens celler och producerar ljus.

"I ett helt mörkt rum, du kan se mössen glöda, precis som eldflugor, säger Elena Goun.

Forskare behöver bara mäta ljusintensiteten för att få en tydlig bild av hur väl mitokondrierna fungerar. När de fungerar sämre, deras membran släpper in mindre kemiska föreningar. Produktionen av luciferin minskar, och därmed ljusstyrkan också.

För att visa potentialen i deras metod, forskarna genomförde flera experiment. Till exempel, de observerade att äldre gnagare producerar betydligt mindre ljus. Denna minskning i ljus reflekterar en minskning av aktiviteten hos mitokondrier - deras membranpotential är mycket lägre än hos yngre gnagare. Vi vet att ålder orsakar en minskning av aktiviteten hos mitokondrier, men detta är första gången som fenomenet har mätts exakt direkt i levande djur.

Teamet testade också en kemikalie som är känd för att föryngra mitokondrier:nikotinamidribosid. Denna molekyl är giftfri och kommersiellt tillgänglig som ett kosttillskott. Möss som fick denna förening producerade mer ljus, ett tecken på ökad mitokondriell aktivitet.

Forskarna kunde också mäta samma fenomen i djurmodeller av cancer. Detta kan vara till stor hjälp för forskning om läkemedel mot cancer. Dessutom, de demonstrerade också framgångsrikt övervakning av mitokondriernas membranpotential i celler av brun fettvävnad, rik på mitokondrier. Dess stimulans kan hjälpa till att bota vissa former av fetma.

Metoden som beskrivs av Elena Goun är i första hand avsedd för forskare som bättre vill förstå mitokondriernas roll och som behöver en djurmodell. Användningsområdet är brett:diabetes, onkologi, åldrande, näring, neurogenerativa sjukdomar... "Vår process kan mäta olika grader av mitokondrieraktivitet, och inte bara en på/av-signal, " förklarar Elena Goun. "Det är extremt känsligt – mycket mer än en PET-skanning – prisvärt och lätt att implementera.