진핵 생물 세포 내에서 발견되는 모든 소기관 중에서, DNA 단축 핵이 가장 잘 알려져 있지만 미토콘드리아는 확실히 뒤지지 않았다. 미토콘드리아는 세포질에 떠 다니는 콩 모양의 구조로 친숙하며, 대부분의 대사 과정의 연료 인 ATP (Adenosine Triphosphate)를 생성하기 때문에 세포의 "강력한 주택"이라고 거의 불가능합니다. 생물 학자들은 1 세기 이상 에너지 생산이 유일한 역할이라고 믿었습니다.
그러나 미토콘드리아의 간단한 그림은 충격적으로 불완전한 것으로 밝혀졌습니다.
미토콘드리아는 교과서에서 정적이고 균일하게 보일 수 있지만, 연구자들이 초기에 인식했듯이, 실제로 소기관은 융합주기 (결합 및 길쭉한)와 핵분열 (분할 및 수축)을 통해 끊임없이 변화를 변화시킵니다. 그것들은 셀 전체에 걸쳐 매우 역동적이고 단기형 관형 네트워크를 형성합니다. 최근에, 미토콘드리아는 또한 에너지 제공 업체로서의 직무와 간접적으로 관련된 신호 및 규제 기능을 수행한다는 것이 분명해졌다. 지난 몇 년 동안 연구에 따르면 주요 역할 중 하나는 줄기 세포의 발달과 궁극적 인 역할을 제어하는 것입니다.
현재 캐나다 오타와 대학교의 과학자들은 미토콘드리아의 모핑 형태가 신경 생성, 뉴런의 발달에 강력하게 영향을 미친다는 증거를 제공했습니다. 이 발견을 할 때 과학자들은 소기관의 형상 전환과 신호 기능을 수행하는 방법 사이의 연결을 함께 측정했습니다.
미토콘드리아 신호
미토콘드리아가 1990 년대 중반에 더 넓은 레퍼토리를 가졌다는 첫 번째 힌트. 한 번의 초기 연구에서, Emory University와 미네소타 대학교의 연구원들은 성장과 발달의 정상적인 부분으로서 조직에서 세포를 제거하는 프로그래밍 된 세포 사멸 과정 인 아 pop 토 시스를 조사했습니다. 그들은 ATP 생산에 필수적인 단백질 인 시토크롬 C 가이 과정에 중요하다는 것을 발견했다. 그들의 연구는 또한 원칙적으로 원칙적으로 미토콘드리아가 주변 세포질에 보관 한 시토크롬 C를 방출함으로써 세포 사멸을 유발할 수 있음을 나타냅니다.
.노스 웨스턴 대학의 생화학 및 분자 생물학 교수 인 Navdeep Chandel에 따르면, 이것은 AHA였습니다! 미토콘드리아 생물학을위한 순간은 소기관이 다른 세포 과정을 제어하기 위해 신호를 생성 할 수 있다고 제안했기 때문입니다.
이 연구는 시카고 대학교에서 Chandel을 추진했으며 그의 동료들은 미토콘드리아가 다른 신호를 방출 할 수 있는지 여부를 조사했습니다. 이 연구는 2 년 후 반응성 산소 종 (ROS) (퍼 옥사이드, 일렛 산소 및 하이드 록실 라디칼과 같은 산소를 함유하는 불안정한 분자)을 포함하여 ATP를 만들면서 미토콘드리아가 방출하는 발견이 이루어졌다. 산소 결핍 조건 하에서, 미토콘드리아는 더 높은 수준의 ROS를 생성했으며, 과량의 분자는 세포질로 빠져 나와 세포가 생존하는 데 도움이되는 단백질의 발현에 도움이 될 것입니다.
.그 이후로 Chandel과 다른 사람들은 미토콘드리아 ROS 신호 전달이 다양한 과정에서 중요하다는 것을 보여주었습니다. 등장한 한 가지 중요한 역할은 혈액 및 지방 세포를 포함하여 다양한 유형의 줄기 세포의 분화를 촉진하는 것입니다.
줄기 세포 운명의 운전자
줄기 세포의 경우, 에너지를 생산하는 주요 수단은 산화 적 인산화보다는 세포질에서 ATP를 생성하는 과정 인 당분 해이며, 대부분의 성숙하고 특수화 된 세포가 선호하는 미토콘드리아-의존적 방법입니다. 셀이 이러한 방식으로 다른 이유는 알려져 있지 않습니다. 각 프로세스의 속도 또는 부산물과 관련이있을 수 있습니다. 그러나 오랫동안 그 차이가 줄기 세포에서 미토콘드리아의 역할을 모호하게했다고 오타와 대학의 세포 생물학자인 Mireille Khacho는 말합니다.
줄기 세포는 영구적으로“자기 재생”또는 스스로 더 젊은 대체 할 수 있습니다. 그러나 대신 특정 계보로 구별되면 1 차 연료 공급원을 해당 분해에서 산화 적 인산화로 옮깁니다. 후자의 과정은 더 많은 ATP를 생성하기 때문에 과학자들은 처음에 세포 변형이 전환을 요구하는 높은 에너지 요구 사항을 가져야한다고 믿었습니다.
그러나이 생각은 2010 년대 초에 변화하기 시작했지만 소수의 논문에서 발견 된 결과, 신진 대사 방식이 세포 운명에 대한 결정에 직접적인 결정에 영향을 줄 수 있다고 제안했습니다.
2011 년의 주요 논문에서, 연구원들은 배아 줄기 세포와 마찬가지로 거의 모든 세포 유형으로 증식하고 성숙 할 수있는 성인 세포를 프로그래밍하는 다 능성 줄기 세포가되도록하는 방법을 연구했습니다. 그들은 이러한 형질 전환이 발생하기 위해 세포가 산화 적 인산화에서 당분 해로 이동해야한다는 것을 밝혀냈다. 더욱이, 그들은 다소 양조에 관여하는 사람들의 발현이 증가하기 전에 미토콘드리아 에너지 생산에 관여하는 단백질의 발현이 감소한다는 것을 관찰했다.
그 계시까지, 대부분의 줄기 세포 생물 학자들은 세포 정체성 전이를 제어하는 유전자 및 후성 유전 학적 변형에 초점을 맞추 었다고 애리조나 주 피닉스의 Mayo Clinic의 미토콘드리아 연구원 인 Clifford Folmes는 말했다. 그러나 그 논문과 다른 사람들과 같은 다른 사람들은 미토콘드리아 기능의 변화가 실제로 프로세스의 핵심 동인이 될 수 있다는 경우를 만들었습니다.
신경 생성에서 역할을 정확히 찾아냅니다
미토콘드리아가 세포의 재 프로그래밍을 통제 할 수 있다는 발견은 오타와 대학교 (University of Ottawa)의 박사후 고문 인 카차와 루스 슬랙을 이끌어 뉴런 줄기 세포에서 소기관의 역할을 추가로 조사했습니다.
미토콘드리아가 뇌 기능에 중요하다는 충분한 증거는 이미 신경 발달 문제 일뿐 만 아니라 많은 미토콘드리아 장애의 일반적인 결과 일뿐 만 아니라, 인간과 동물 모두에서의 여러 연구는 미토콘드리아 융합 및 핵분열에서 자폐증과 같은 신경 발달 장애, 그리고 알츠히 imer 및 Amzheimer와 같은 신경 측정 장애와 같은 신경 발달 장애와 관련된 결함을 연결시켰다. (Als).
2016 년, Slack, Khacho와 동료들은 미토콘드리아 모양 변화가 신경 줄기 세포 운명의 핵심 조절 인자가 재생 또는 차별화 결정이라는 첫 번째 증거를보고했습니다. 마우스에서 융합 및 핵분열 기계에 대한 주요 단백질을 암호화하는 유전자를 결실함으로써, 융합 단백질의 결핍은 신경 줄기 세포의 능력을 감소시켜 세포가 뉴런이되도록 장려한다는 것을 발견했다. 반면에 핵분열 단백질의 손실은 줄기 세포를 자체 재생으로 자극했습니다.
그들의 연구는 미토콘드리아의 형태와 구조의 변화가 신경 줄기 세포가 어떤 방식으로 갈 것인지 결정하기위한 가장 초기의“상류”신호 중 하나임을 보여 주었다.
.핵분열 및 융합 기계의 변경과 신경 퇴행성 장애 사이의 이전에 확립 된 연관성을 고려할 때, 팀은 미토콘드리아 역학을 방해하여 새로운 뉴런의 생성을 변화시킬 수 있는지 여부를 조사했다. 그들이 완전히 자란 마우스의 뇌에서 융합 단백질을 녹아웃했을 때, 그들은 형태 변화 과정의 이러한 파괴가 동물의 뇌에서 생성 된 새로운 뉴런의 수를 감소시키고 기억과 학습의 손상을 초래한다는 것을 발견했습니다.
.유전 적 결함은 또한 인간의 미토콘드리아 핵분열 및 융합을 변화시키는 것으로 알려져 있지만, 그들이 특히 줄기 세포에 영향을 줄 수 있다는 생각은 아직 탐구되지 않았다고 슬랙은 말했다. "우리가 지금하고있는 것은식이 또는 약리학 적 수단을 통해 줄기 세포에서 미토콘드리아 기능을 향상시켜 최적의 학습과 기억을 유지할 수 있도록 새로운 방법을 찾으려고 노력하는 것입니다."
.독일의 Max Delbrück Center for Molecular Medicine Center의 줄기 세포 과학자 인 Alessandro Prigione은 자신의 자신을 포함한 여러 연구가 뉴런 세포 운명에서 미토콘드리아의 중요성을 지적한다는 것을 인정합니다. 그러나 그는 미토콘드리아 모양이 신경 생성을 어떻게 제어하는지 정확히 말하기에는 너무 이르다고 덧붙였다. 그는“핵분열과 융합이 문제가된다고 생각하지만 미토콘드리아 형태는“퍼즐의 한 조각”이라고 말했다.
Prigione은 또한 설치류의 신경 생성 연구 결과에 기초하여 인간에 대한 결론을 도출 할 때주의를 기울입니다. 그는 성숙한 동물에서 수행 된 연구에서 특히 중요한 고려 사항이라고 그는 성인 인간의 뇌가 새로운 뉴런을 생성하는지 여부에 대한 문제는 여전히 논쟁의 문제이기 때문에
.다른 연구 그룹은 또한 미토콘드리아 모양-교대가 줄기 세포의 운명을 제어한다는 것을 발견했지만, 줄기 세포 품종 및 실험 조건의 배열에 주목할만한 비 유사성이있는 것으로 보인다. 대부분의 유형의 줄기 세포에 대한 연구에 따르면 그들의 미토콘드리아는 희박하고 단편화되었지만 세포가 차별화됨에 따라 점차적으로 길다니다. 예를 들어, Prigione의 실험은 이것이 배양에서 인간 뉴런 세포의 경우 인 것으로 나타났습니다. 그러나 Slack과 Khacho는 설치류와의 신경 줄기 세포의 반대를 보았습니다. 그들의 연구에서 미토콘드리아는 줄기 세포에서 길쭉한 다음부터 전구체 세포에서 조각화되어 (특정 세포 운명에 더 많이 헌신 함) 뉴런으로 구별 될 때 다시 길쭉하게되게합니다.
.신경 줄기 세포에서 슬랙과 Khacho의 연구의 진정한 의미는 신경 생성에서 미토콘드리아의 역할이 모양만으로는 더 역동적 인 것과 관련이 있다는 것입니다. Khacho에 따르면, 중요한 것은 주어진 순간에 세포에서 소기관의 형태가 아니라 핵분열과 융합을 통해 변형하는 능력 일 가능성이 높습니다. 핵분열과 융합은 항상 일어나고 있으며, 지금까지 과학자들은이 과정의 스냅 샷을보고 있습니다. Khacho는“아마도 그것은 가소성, 변화 능력 일 것입니다. "그게 중요한 것입니다."
미토콘드리아 역학은 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)에서 연구하는 실험실을 이끌고있는 미토콘드리아 역학은 일반적으로 줄기 세포 기능에 분명히 중요합니다. 그러나 역학은 특히 신경 줄기 세포에서 복잡합니다. "지금 당장 간단한 대답은 뉴런 세포가 다르다는 것입니다."
발전소에서 신호 센터까지
정확히 미토콘드리아 모양-변화가 세포 운명에 대한 결정을 통제 할 수있는 방법은 열린 질문입니다.
Slack, Khacho 및 동료들의 결과는 미토콘드리아 구조의 변화가 세포에서 ROS의 양을 변형시킬 수 있음을 시사합니다. 그들은 핵분열과 융합이 ROS의 수준을 제어 할 수 있으며, 이로 인해 줄기 세포의 결정이 증식 또는 차별화되는 결정을 조절할 수 있음을 보여주었습니다.
.Chandel은“그들이 찾은 것은 흥미로운 것입니다. "우리가 20 년 동안 이야기 해 온 것과 동일한 ROS 신호는 뉴런에서 발생하며 미토콘드리아 역학은이를 통제 할 수 있습니다."
.그러나 ROS는 아마도 답의 일부일 것입니다. 미토콘드리아는 다른 대사 산물의 생성, 칼슘의 방출 및 흡수, 막 전위의 변화와 같은 여러 가지 방법으로 세포와 통신 할 수 있습니다. Slack은“대사 변화로 인한 신호 전달 분자 (많은 분자가 많이있을 수 있습니다.”라고 Slack은 말했습니다.
또한, 동일한 미토콘드리아 신호가 다른 줄기 세포 유형의 운명을 제어 할 가능성은 낮습니다. 이탈리아 파두아 대학교의 생화학자인 루카 스코라 노 (Luca Scorrano)는“[미토콘드리아]는 여러 차별화 과정에 참여하고 있음을 알고 있습니다. 그러나“미토콘드리아 참여의 특이성을 조사하자마자… 우리는 미토콘드리아 역학에 의해 규제되는 신호 캐스케이드가 반드시 동일하지 않다는 것을 알 수 있습니다.”
Slack과 Khacho는 줄기 세포 운명에 관여 할 수있는 다른 미토콘드리아 대사 산물을 찾고 있습니다. 현재 오타와 대학교에서 자신의 실험실을 이끌고있는 Khacho는 신경 줄기 세포에서 근육을위한 것들로 이동했으며, 그녀는 미토콘드리아 역학과 다른 세포 유형의 ROS 신호 전달의 유사성을 식별하기를 희망합니다. "나는보고 싶었다 :미토콘드리아를 같은 방식으로 사용하는 또 다른 줄기 세포 집단이 있습니까?" 그녀는 말했다. "그러면 나는 그것을 넘어서서 그것이 어떻게 일어나고 있는지에 대한 메커니즘을 식별하려고 노력하고 있습니다."
.Slack은“저는이 지역이 훨씬 더 많은 관심을 끌게 될 영역이라고 생각합니다. "미토콘드리아가 핵에 신호를 보내고 세포의 운명을 바꿀 수 있다는 사실은 정말 중요하다고 생각합니다." 그리고 많은 신호 자체가 대사 산물 분자 인 것처럼 보이기 때문에 과학자들은 잠재적으로 세포의 운명을 바꾸거나 고갈 된 줄기 세포 집단을 활성화하기 위해 쉽게 조작 할 수 있어야합니다. "그래서 우리가 흥분하는 이유입니다."
