Mitochondrie se v reakci na glukózu posunou směrem k okraji buňky

Na rozdíl od našich orgánů nejsou buněčné organely, jako jsou mitochondrie, fixovány na místě, ale kdy, kde, jak a proč se organely pohybují, zůstává nejasné. Research publikování 18. prosince v časopise Cell Press Biofyzikální časopis ukazuje, že když jsou beta buňky – pankreatické buňky, které produkují inzulín – vystaveny vysokým hladinám glukózy, jejich mitochondrie se pohybují směrem k periferii buňky. Tato mitochondriální migrace by mohla hrát roli při regulaci sekrece inzulínu, protože mitochondrie beta buněk jsou zodpovědné za snímání hladin glukózy.

Organely nejsou statické; pořád se pohybují a mluví spolu. Naše zjištění zdůrazňují, jak může organizace buňky hrát velkou roli v buněčné funkci, a to i v kontextech, které byste možná nečekali.“

Shankar Mukherji, odpovídající autor a biofyzik, Washington University v Saint Louis

Mitochondrie produkují ATP štěpením glukózy, která podporuje buněčné aktivity. Předchozí studie ukázaly, že neurony aktivně umísťují své mitochondrie do axonů a dendritů, které jsou daleko od centrálního těla buňky a vyžadují velké množství energie, aby fungovaly. Ale neurony představují extrém, pokud jde o tvar a velikost buněk, a výzkumy ve většině ostatních typů buněk ukázaly zdánlivě náhodné rozložení mitochondrií. Takže vědci byli překvapeni, když zjistili, že v pankreatických beta buňkách se zdá, že mitochondrie reagují na dostupnost glukózy pohybem směrem k okraji buňky.

„Pankreatické beta buňky jsou relativně jednoduché a kompaktní,“ říká Mukherji. „Nemají zvláštní tvar jako neuron, takže jsme byli trochu překvapeni, když jsme narazili na tento vzorec.“

Výzkumníci označili mitochondrie pankreatických buněk kultivovaných v laboratoři fluorescenčním barvivem, vystavili buňky nízkým a vysokým hladinám glukózy (2,5 a 25 mM; zdravá hladina glukózy v krvi je mezi 3,9 a 5,6 mM) a vyfotografovali je pod mikroskopem. Když spočítali počet mitochondrií v různých částech buňky, zjistili, že buňky vystavené vysokým hladinám glukózy měly na okrajích vyšší hustotu mitochondrií.

Aby vědci prozkoumali mechanismus, který je základem tohoto vzoru, použili chemikálie k narušení různých buněčných funkcí. Zjistili, že inhibice produkce ATP neovlivnila distribuci mitochondrií, což naznačuje, že mitochondriální pohyb nezávisí na mitochondriální funkci. Když však narušily mikrotubuly buněk (proteiny, které tvoří součást cytoskeletu), méně mitochondrií se přesunulo k periferiím buněk, a to i v podmínkách s vysokým obsahem glukózy. Podobně inhibice cAMP, signální molekuly, která usnadňuje pohyb podél mikrotubulů, také vedla k menšímu počtu periferně umístěných mitochondrií navzdory vysoké dostupnosti glukózy.

Začleněním těchto zjištění do výpočtového modelu vědci ukázali, že mitochondrie se redistribuují v reakci na glukózu vazbou na mikrotubuly, což jim umožňuje pohybovat se rychleji a záměrně, než by se jinak pohybovaly.

„Když se mitochondrie navážou na mikrotubuly, zvýší se jejich rychlost směrem k okraji a my si myslíme, že transport řízený okrajem je nakonec spuštěn glukózou,“ říká Mukherji.

V beta buňkách se na sekreci inzulínu podílejí také mitochondrie. Beta buňky nepřetržitě vychytávají glukózu z krevního řečiště a přeměňují ji na ATP. Když hladiny ATP v beta buňkách dosáhnou určité prahové hodnoty, spustí to příliv vápníku do buňky, který pak spustí sekreci inzulínu.

Vědci nyní testují, zda glukózou vyvolaná změna mitochondriálního pohybu přímo souvisí se sekrecí inzulínu. Plánují také vyvinout metody pro filmování mitochondriálních pohybů v akci.

„Mitochondrie sedí v tomto centru, které spojuje glukózu se sekrecí inzulínu,“ říká Mukherji. „Ukázat, že samotná sekrece inzulínu závisí na tom, kde jsou mitochondrie v buňce, bude zásadní pro pochopení toho, jak je to relevantní pro fyziologickou roli beta buněk, a pro pochopení toho, kde by se věci mohly rozkládat při nemoci.“

Tento výzkum byl podpořen finančními prostředky od National Institutes of Health.