Upptäckt om hur mitokondrier regleras öppnar nytt forskningsfält
Forskare vid Göteborgs universitet och Karolinska Institutet har identifierat en särskild molekyl som reglerar uttrycket av mitokondriella gener i mänskliga celler. Studien publiceras i tidskriften Cell. Upptäckten kan på sikt ha betydelse för möjligheten att hitta behandlingar för flera mycket allvarliga sjukdomar.
Mitokondrier finns i nästan kroppens celler och deras viktigaste uppgift är att omvandla energi från vår föda till den form av energi som cellen kan använda. Mitokondrierna kallas därför ofta cellens kraftverk, men de spelar också en viktig roll för celltillväxt och kontrollerad celldöd.
Till skillnad från andra delar i cellen har mitokondrier eget DNA. Skador i mitokondriellt DNA kan orsaka allvarliga sjukdomar som påverkar hjärnan, hjärtat och andra vävnader som kräver mycket energi. Denna studie visar att den icke-kodande RNA-molekylen* 7S RNA reglerar mitokondriellt genuttryck.
Öppnar nytt fält
Studien har letts av Maria Falkenberg, professor vid Sahlgrenska akademin, Göteborgs universitet, tillsammans med Martin Hällberg, senior forskare vid Karolinska Institutet.
– Det här är en ny princip för att reglera mitokondriell aktivitet. Upptäckten gör det möjligt att utveckla terapier som kan styra 7S RNA-produktion, vilket kan vara värdefullt vid behandling av sjukdomar med störd mitokondriefunktion, säger Maria Falkenberg.
– Fyndet öppnar ett helt nytt fält inom mitokondriell forskning. Vi befinner oss i början av arbetet, och det kommer ta flera år att utforska de praktiska konsekvenserna av vårt nya fynd, säger Martin Hällberg.
Helt ny mekanism
Det finns ett stort antal icke-kodande RNA-molekyler som är nödvändiga för korrekt utveckling hos däggdjur, men denna typ av molekyler har tidigare inte trots spela någon roll för att reglera genaktivitet inuti mitokondrier. Det var tidigare känt att nivåerna av mitokondriellt 7S RNA varierar beroende på cellens ämnesomsättning. Denna studie visar hur förändringen påverkar mitokondrierna och ger oss en detaljerad, molekylär förståelse för hur detta går till. Forskarna vid de två lärosätena har i samarbete utvecklat metoder för att studera effekterna av 7S RNA både på renade proteiner och på mitokondriell genaktivitet i celler. I studien visar de den troliga mekanismen för hur det går till när 7S RNA hämmar aktivitet i mitokondriella gener.
En fysiologisk gåta
Tre forskare delar på förstaförfattarskapet för studien i tidskriften Cell: Xuefeng Zhu (Göteborgs universitet), Xie Xie (Göteborgs universitet) samt Hrishikesh Das (Karolinska Institutet).
– Det mest spännande med studien är att vi identifierar en helt ny mekanism för reglering av mitokondriell aktivitet. Våra fynd avslöjar funktionen hos 7S RNA, en molekyl som identifierades redan för 40 år sedan. Trots att 7S RNA finns i stor mängd och ofta mäts i studier av mitokondriell funktion, har dess fysiologiska roll förblivit en gåta fram till nu, säger Xuefeng Zhu, forskare vid Göteborgs universitet.
Icke-kodande RNA-molekyler spelar en viktig roll i regleringen av olika processer i kärnan, men att denna typ av molekyler även kan reglera processer i mitokondrien var inte tidigare känt.
– Vårt fynd avslöjar en ny och fysiologiskt relevant nivå av reglering i mänskliga mitokondrier. Utmaningen är nu att förstå hur 7S RNA-nivåer finjusteras som svar på den mänskliga cellens metaboliska behov. Vi har idéer och kommer att försöka utforska dem under de kommande åren, säger Xie Xie, som utförde arbetet som postdoktor i gruppen vid Göteborgs universitet, men som nu arbetar som forskare på Pretzel Therapeutics, en start-up som utvecklar nya sätt att hantera mitokondriell dysfunktion.
Forskningen finansierades av Vetenskapsrådet, Cancerfonden, ALF Västra Götaland, Europeiska forskningsrådet och Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Tillgången till mikroskopi vid Centre for Cellular Imaging betydde också mycket för studiens genomförande.
Titel: Non-coding 7S RNA inhibits transcription via mitochondrial RNA polymerase dimerization
Den genetiska informationen i våra celler överförs från DNA, via RNA, till proteiner. Den proteinkodande delen utgör dock endast 1,5 procent av hela den mänskliga arvsmassan och även andra icke-kodande delar av vårt genom används som mall för att bilda RNA. Under senare år har forskare insett att dessa icke-kodande RNA-molekyler visserligen inte resulterar i produktion av proteiner, men att de utför andra, extremt viktiga biologiska funktioner.
