Mitochondriën zijn celorganellen die een cruciale rol spelen bij het in stand houden van de gezondheid van de cel, of homeostase. Een manier waarop mitochondriën dit doen, is door energie te oogsten via oxidatieve fosforylering, waar verschillende enzymen in de mitochondriën energie afgeven om het molecuul ATP te produceren, de "energievaluta" van de cel die in andere processen kan worden gebruikt. Dit is de reden waarom mitochondriën vaak worden beschreven als de "krachtpatser" van de cel.

De meeste mitochondriale eiwitten worden gecodeerd door het DNA in de celkern. Echter, mitochondriën bevatten ook een beetje van hun eigen DNA, die ook codeert voor sommige van hun eiwitten. Door deze dubbele oorsprong mitochondriën zijn vatbaar voor proteotoxische stress:verschillende factoren die de productie schaden, vouwen, en 3D-structuur van mitochondriale eiwitten, waardoor hun functie wordt aangetast.

Mitochondriën behouden de gezondheid van hun eiwitten (of "proteostase") via een ingewikkeld kwaliteitscontrolenetwerk van chaperonne-eiwitten en protease-enzymen. Een voorbeeld hiervan is de mitochondriale ongevouwen eiwitrespons (UPRmt), die een opeenvolging van herstelgebeurtenissen beschrijft die worden geactiveerd wanneer een mitochondriaal eiwit wordt ontvouwd of verkeerd wordt gevouwen, en chaperonne-eiwitten kunnen het niet aan.

De UPRmt synchroniseert in wezen een aantal mitochondriale en nucleaire gebeurtenissen om mitochondriale proteostase te verzekeren, en het is bekend dat het een sleutelrol speelt bij het metabolisme en veroudering in zoogdiercellen. Echter, wetenschappers weten niet of het ook in planten voorkomt.

Nutsvoorzieningen, Johan Auwerx en postdoctoraal onderzoeker Xu Wang in het laboratorium van Auwerx bij EPFL hebben een studie gepubliceerd die voor het eerst aantoont dat de UPRmt ook in planten voorkomt als reactie op proteotoxische stress. De wetenschappers bestudeerden een kleine Euraziatische plant Arabidopsis thaliana, die is gebruikt als een modelorganisme voor het bestuderen van genetica, evolutie, en plantontwikkeling sinds het begin van de 20e eeuw.

De onderzoekers gebruikten doxycycline, een antibioticum dat gentranslatie in mitochondriën blokkeert om proteotoxische stress op de mitochondriën van de plant te induceren, en ontdekte dat het een plantspecifieke UPRmt activeerde en de groei van plantencellen vertraagde, evenals de biologische veroudering (senescentie). Dit kwam overeen met eerdere onderzoeken die meldden dat UPRmt de levensduur van wormen (C. elegans) en vliegen (Drosophila melanogaster) verlengt.

Bij het zoeken naar de biologische signalen die ten grondslag liggen aan de mito-nucleaire communicatie in de UPRmt, de onderzoekers vonden een systemische hormonale respons in de plantencel. De plantenhormonen (fytohormonen) activeren een signaal van de kern naar het mitochondrion om de stress te herstellen.

"We ontdekten dat plantenhormoonsignalering een essentiële bemiddelaar is die mitochondriale proteostase in planten reguleert, ", zegt Johan Auwerx. "Daarnaast onze gegevens benadrukken niet alleen de universele aard van de belangrijkste kenmerken van mitonucleaire stress-signaleringsroutes, zoals de geconserveerde UPRmt, maar geven ook specifieke effectoren en transcriptionele circuits aan die verschillen tussen het planten- en dierenrijk."