Un nuovo studio rivela il ruolo chiave delle proteine mitocondriali nella rigenerazione del cuore

I mitocondri svolgono un ruolo fondamentale nel fornire l'energia necessaria al corretto funzionamento cellulare. Nei mitocondri, l'energia viene prodotta dalla catena respiratoria, composta da cinque complessi, denominati CI-CV. Questi complessi possono assemblarsi in supercomplessi, ma si sa ancora poco sul ruolo di questo processo e sul suo controllo.

Il nuovo studio esamina i meccanismi dell'assemblaggio supercomplesso e rivela un impatto significativo dei fattori di assemblaggio mitocondriale sulla rigenerazione del tessuto cardiaco. Lo studio è stato co-diretto dal Dott. José Antonio Enríquez del Centro Nazionale per la Ricerca Cardiovascolare (CNIC) e dalla Dott.ssa Nadia Mercader dell'Università di Berna in Svizzera, visiting scientist presso il CNIC.

Uno studio pubblicato sulla rivista Developmental Cell dimostra che la proteina Cox7a, appartenente alla famiglia delle proteine, svolge un ruolo fondamentale nell'assemblaggio dei dimeri CIV e che questo assemblaggio è fondamentale per il corretto funzionamento dei mitocondri e quindi per la produzione di energia cellulare.

La famiglia proteica Cox7a comprende tre membri: Cox7a1, Cox7a2 e Cox7a2l (chiamata anche SCAF1). Studi precedenti condotti da entrambi i gruppi hanno dimostrato che quando il CIV contiene SCAF1, si associa fortemente al CIII, formando un supercomplesso respiratorio noto come respirasoma. In questi studi precedenti, gli autori hanno ipotizzato che l'inclusione di Cox7a2 avrebbe portato a un CIV incapace di associarsi, mentre le molecole di CIV contenenti Cox7a1 si sarebbero associate per formare omodimeri di CIV. Il nuovo studio dimostra sperimentalmente un ruolo di Cox7a1 nella formazione di questi omodimeri di CIV.

Cellula dello sviluppo (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012

Lavorando su un modello di pesce zebra, i ricercatori hanno scoperto che l'assenza di Cox7a1 impediva la formazione di dimeri CIV e che la perdita di questi dimeri incideva sul peso e sulla capacità di nuoto dei pesci interessati.

"La Cox7a1 è espressa principalmente nelle cellule muscolari striate, ed è stato il tessuto muscolare scheletrico a soffrire maggiormente della mancanza di funzionalità della Cox7a1. L'altro tipo principale di muscolo striato è il muscolo cardiaco, o miocardio", ha spiegato il Dott. Enriquez.

Tuttavia, mentre la perdita di Cox7a1 nel muscolo scheletrico era dannosa, la sua assenza nel muscolo cardiaco migliorava la risposta rigenerativa cardiaca alle lesioni.

"Questo risultato dimostra che queste proteine svolgono un ruolo fondamentale nell'attivazione della capacità del cuore di ripararsi dopo un infortunio", ha spiegato la prima autrice dello studio, Carolina Garcia-Pojatos.

Per approfondire la funzione di Cox7a1, i ricercatori del CNIC Enrique Calvo e Jesús Vásquez hanno condotto uno studio proteomico del muscolo scheletrico e del miocardio in pesci zebra privi di Cox7a1. Questa analisi è stata integrata da uno studio metabolomico condotto da colleghi dell'Università di Berna. Quest'analisi combinata ha rivelato differenze significative rispetto ai pesci non modificati con espressione di Cox7a1 intatta.

"Questi risultati suggeriscono che le molecole coinvolte nell'assemblaggio dei supercomplessi mitocondriali potrebbero avere effetti significativi sul controllo metabolico, aprendo forse la strada a nuovi trattamenti per le malattie cardiache e altre condizioni metaboliche", ha affermato il dott. Mercader.

Secondo il team di ricerca, questa scoperta rappresenta "un significativo passo avanti nella comprensione dei meccanismi cellulari coinvolti nella rigenerazione cardiaca e potrebbe indicare la strada allo sviluppo di terapie volte a stimolare la rigenerazione cardiaca".

Gli autori concludono che i fattori di assemblaggio mitocondriale possono influenzare significativamente il controllo metabolico.