Kleine fabriekjes drijven in onze cellen en voorzien ze van bijna alle energie die ze nodig hebben:de mitochondriën. Hun effectiviteit neemt af naarmate we ouder worden, maar ook als we te maken krijgen met veel ziekten zoals diabetes, kanker of Parkinson. Daarom zijn wetenschappers steeds meer geïnteresseerd in hoe ze werken. Bij EPFL, een team heeft een protocol ontwikkeld om hun activiteit levend te meten bij levende dieren. Beschreven in Natuur Chemische Biologie , de methode is gebaseerd op het molecuul dat verantwoordelijk is voor de bioluminescentie van de vuurvlieg. In de meest letterlijke zin van het woord, deze studie werpt licht op hoe mitochondriën werken.

Mitochondriën zijn bijna als cellen in de cel. Net als hun gastheer, ze hebben een membraan dat hun genetisch materiaal beschermt en, bovenal, filters uitwisselingen met de buitenwereld. Het verschil in elektrische lading tussen de binnenkant en de buitenkant van de mitochondriën, genaamd 'membraanpotentiaal, ' bepaalde moleculen doorlaten, terwijl anderen op afstand blijven.

Zoals tussen de twee polen van een gebruikte elektrische batterij, de membraanpotentiaal van de mitochondriën kan soms dalen. Voor wetenschappers, dit is een onmiskenbare aanwijzing dat zijn functies zijn aangetast.

We weten hoe we het fenomeen kunnen meten op gekweekte cellen. Maar tot nu toe, je kon het niet echt zien op levende dieren. "Celculturen zijn niet erg effectief in het bestuderen van ziekten die verband houden met mitochondriën, " legt Elena Goun uit, professor bij EPFL en hoofdauteur van het artikel, "Kanker of diabetes gaat gepaard met complexe uitwisselingen tussen verschillende soorten cellen, daarom hebben we diermodellen nodig. "

Elena Goun en haar collega's hebben een manier gevonden om het fenomeen bij levende muizen te bestuderen. Ze gebruiken dieren die genetisch gemodificeerd zijn om luciferase tot expressie te brengen - een enzym dat licht produceert in combinatie met een andere verbinding, luciferine genaamd. Zo verlichten vuurvliegjes soms onze zomeravonden.

Wetenschappers hebben twee moleculen ontwikkeld die, wanneer geïnjecteerd in het knaagdier, overgaan in de mitochondriën, waar ze een chemische reactie activeren. De mitochondriën produceren vervolgens luciferine en stoten het naar buiten uit. Luciferine combineert met luciferase in de muizencellen en produceert licht.

"In een volledig verduisterde kamer, je kunt de muizen zien gloeien, net als vuurvliegjes, ' zegt Elena Goun.

Onderzoekers hoeven alleen de lichtintensiteit te meten om een ​​duidelijk beeld te krijgen van hoe goed de mitochondriën functioneren. Als ze minder goed functioneren, hun membraan laat minder chemische verbindingen door. De productie van luciferine neemt af, en dus ook de helderheid.

Om het potentieel van hun methode te demonstreren, de onderzoekers voerden verschillende experimenten uit. Bijvoorbeeld, ze zagen dat oudere knaagdieren significant minder licht produceren. Deze daling in licht weerspiegelt een daling in de activiteit van mitochondriën - hun membraanpotentiaal is veel lager dan bij jongere knaagdieren. We weten dat leeftijd een afname van de activiteit van mitochondriën veroorzaakt, maar dit is de eerste keer dat het fenomeen nauwkeurig direct bij levende dieren is gemeten.

Het team testte ook een chemische stof waarvan bekend is dat deze de mitochondriën verjongt:nicotinamide-riboside. Dit molecuul is niet giftig en in de handel verkrijgbaar als voedingssupplement. Muizen die deze verbinding kregen, produceerden meer licht, een teken van verhoogde mitochondriale activiteit.

De onderzoekers konden hetzelfde fenomeen ook meten in diermodellen van kanker. Dit zou een grote hulp kunnen zijn voor onderzoek naar geneesmiddelen tegen kanker. In aanvulling, ze hebben ook met succes de monitoring van het membraanpotentieel van mitochondriën aangetoond in cellen van bruin vetweefsel, rijk aan mitochondriën. De stimulatie ervan kan helpen bij het genezen van bepaalde vormen van zwaarlijvigheid.

De door Elena Goun beschreven methode is vooral bedoeld voor wetenschappers die de rol van mitochondriën beter willen begrijpen en die een diermodel nodig hebben. Het toepassingsgebied is breed:diabetes, oncologie, veroudering, voeding, neurogeneratieve ziekten... "Ons proces kan verschillende gradaties van mitochondria-activiteit meten, en niet zomaar een aan/uit signaal, " legt Elena Goun uit. "Het is extreem gevoelig - veel meer dan een PET-scan - betaalbaar en eenvoudig te implementeren.