Cada célula abriga centenas a milhares de cópias de mtDNA, organizadas em estruturas compactas chamadas nucleoides. Os cientistas já observaram há muito tempo que esses nucleoides se dispõem em um padrão regular dentro das mitocôndrias. Essa organização é fundamental para garantir que o mtDNA seja passado de forma confiável durante a divisão celular e que seus genes sejam expressos uniformemente por toda a mitocôndria.

Quando as mitocôndrias ou seu DNA não funcionam corretamente, as consequências podem ser graves. Disrupções nesse sistema estão associadas a condições metabólicas e neurológicas, como falência hepática e encefalopatia, além de desordens relacionadas ao envelhecimento, como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.

Um Mistério Antigo na Biologia Celular

Dada a importância do mtDNA, pesquisadores têm se esforçado para compreender como as células mantêm um espaçamento tão consistente dos nucleoides. Contudo, a resposta ainda não era clara.

“Mecanismos propostos relacionados à fusão e fissão mitocondrial ou à ligação molecular não conseguem explicar essa manutenção, já que o espaçamento dos nucleóides se mantém mesmo quando esses processos são perturbados”, ressalta Suliana Manley, professora no Laboratório de Biofísica Experimental (LEB) da EPFL.

Manley e seu colega Juan Landoni, pós-doutorando no LEB, agora identificaram o mecanismo responsável. O trabalho deles aponta para um processo chamado “pearling mitocondrial”, que antes havia recebido pouca atenção.

O pearling mitocondrial é uma alteração temporária de forma em que as mitocôndrias adotam uma estrutura parecida com contas em um cordão. Durante essa transformação, grupos de mtDNA são separados e redistribuídos, permitindo que os nucleoides se espalhem de maneira mais uniforme, mantendo o espaçamento regular.

Observando Mitocôndrias em Ação

Para estudar esse processo, os pesquisadores utilizaram uma combinação de métodos de imagem avançados para observar as mitocôndrias e seu DNA dentro de células vivas. Isso incluiu imagem de super-resolução, microscopia correlacionada de luz e eletrônica, e microscopia de contraste de fase.

Com essas ferramentas, a equipe conseguiu acompanhar núcleos individuais, capturar mudanças rápidas na forma mitocondrial, e entender melhor como a estrutura interna é organizada.

O Que Acontece Durante o Pearling

A imagem de células vivas mostrou que eventos de pearling podem ocorrer várias vezes por minuto. Durante esses momentos, as mitocôndrias formam brevemente constrições uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento. A distância entre essas “contas” se alinha com o espaçamento habitual entre os nucleoides.

A maioria dessas seções em forma de conta contém um nucleóide próximo ao centro, embora essas estruturas também possam se formar na ausência de mtDNA.

À medida que o processo avança, grupos maiores de nucleoides costumam se fragmentar em grupos menores que se estabelecem em contas vizinhas. Quando a mitocôndria retorna à sua forma tubular normal, os nucleoides permanecem separados, preservando sua distribuição uniforme.

O Que Controla o Processo

Os pesquisadores também investigaram o que impulsiona e regula o pearling. Por meio de experimentos genéticos e farmacológicos, descobriram que a entrada de cálcio nas mitocôndrias pode desencadear o processo. Além disso, estruturas internas da membrana ajudam a manter a separação dos nucleóides.

Quando esses fatores regulatórios são perturbados, os nucleóides tendem a se aglomerar em vez de permanecerem espaçados uniformemente.

Uma Característica Redescoberta das Mitocôndrias

“Desde que Margaret Reed Lewis esboçou pela primeira vez o pearling mitocondrial em 1915, ele foi amplamente desconsiderado como uma anomalia relacionada ao estresse celular”, comenta Landoni. “Mais de um século depois, ele está emergindo como um mecanismo elegantemente conservado no cerne da biologia mitocondrial. Esse processo biofísico oferece uma maneira simples e eficiente em termos de energia para distribuir o genoma mitocondrial.”

Por Que Esta Descoberta É Importante

Os resultados mostram que as células dependem não apenas de sistemas moleculares complexos, mas também de processos físicos para manter a organização. Compreender como o pearling mitocondrial funciona e como é controlado pode fornecer insights importantes sobre doenças associadas ao mtDNA.

Esse conhecimento pode eventualmente ajudar a orientar novas abordagens para tratar condições relacionadas à disfunção mitocondrial.

Outros Colaboradores

• Pontificia Universidad Católica de Chile
• Howard Hughes Medical Institute
• University of California, San Francisco