Cercetătorii au descoperit că prea mult ARN poate lăsa celulele fără energie

Prea mult ARN poate lăsa o celulă fără energie. Adunată în exces, molecula poate deteriora structurile care produc energia celulei, iar celula poate ajunge să funcționeze cu greu. Pentru cercetătorii care au descoperit fenomenul, acesta este un mod surprinzător prin care virusurile pot perturba celulele organismului.

Studiul, condus de cercetători de la Facultatea de Medicină Veterinară și Științe Biomedicale (VMBS) a Universității Texas A&M, a constatat că excesul de ARN produs în timpul infecțiilor cu poxvirusuri poate afecta mitocondriile. Acestea sunt structurile minuscule care generează cea mai mare parte a energiei de care celulele au nevoie ca să supraviețuiască. Cercetarea, publicată în revista Proceedings of the National Academy of Sciences, pune în evidență o legătură neașteptată între acumularea de ARN și producția de energie a celulei.

„ARNm-ul este o componentă normală a celulelor noastre, dar se pare că, la fel ca în cazul multor lucruri bune, prea mult poate deveni o problemă pentru celulă. Când se acumulează prea mult ARN, inclusiv ARNm, acesta poate afecta mitocondriile și poate perturba capacitatea celulei de a produce energie”, a spus dr. Zhilong Yang, profesor la Departamentul de Patobiologie Veterinară al VMBS.

Implicațiile ar putea depăși cu mult infecțiile virale. Rezultatele i-ar putea ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă mai bine bolile legate de îmbătrânire și să îmbunătățească tratamentele medicale pe bază de ARN, inclusiv vaccinurile cu ARNm. Studiul nu demonstrează însă că vaccinurile pe bază de ARNm existente provoacă leziuni mitocondriale la oameni.

Ce e prea mult strică, inclusiv pentru virusuri

Celulele produc și descompun ARN în permanență, ca parte a activității lor obișnuite. Acest proces de curățenie, numit degradarea ARN-ului, ajută la reglarea producției de proteine, la eliminarea ARN-ului defect și la controlul răspunsurilor imune. Noile rezultate sugerează că mai are o funcție esențială: protejează aprovizionarea celulei cu energie.

„Oamenii de știință știu de mult că degradarea ARN-ului ajută la controlul producției de proteine și la eliminarea ARN-ului defect. Studiul nostru scoate la iveală încă un rol important: le ajută pe celule să-și păstreze energia de care au nevoie ca să funcționeze cum trebuie”, a declarat Yang.

ARN-ul are mai multe roluri importante în funcționarea celulei. ARN-ul mesager (ARNm), de exemplu, transportă instrucțiunile genetice care le spun celulelor ce proteine să producă. Proteinele sunt necesare, la rândul lor, pentru aproape tot ce face o celulă, de la menținerea structurii până la reacțiile chimice esențiale.

Un alt tip, ARN-ul dublu catenar (ARNdc), apare frecvent în infecțiile virale. Prezența lui poate funcționa ca un semnal de alarmă, care avertizează sistemul imunitar că un virus ar fi putut pătrunde în celulă. Se știa deja că un exces de ARNdc ar putea provoca răspunsuri imune potențial dăunătoare.

Virusurile produc adesea cantități mari de ARN pe măsură ce se înmulțesc în celulele infectate. În mod normal, sistemele de curățenie ale celulei ajută ca ARN-ul să nu se adune la niveluri dăunătoare. Când însă producția depășește capacitatea celulei de a-l descompune, surplusul poate interfera cu mitocondriile și poate reduce producția de energie.

Pentru oamenii de știință, cel mai frapant rezultat a fost că și o moleculă de care celulele depind zilnic poate deveni dăunătoare atunci când se adună peste nivelurile normale.

„Oamenii de știință știau deja că un exces de ARN dublu catenar poate fi dăunător. Ce ne-a surprins a fost să descoperim că și un exces de ARNm – ceva de care celulele au nevoie în mod normal în fiecare zi – poate afecta mitocondriile și poate perturba capacitatea celulei de a produce energie”, a spus Yang.

Pentru virusuri, asta creează o dificultate neobișnuită. Ele depind în totalitate de celulele pe care le infectează, atât pentru energie, cât și pentru producerea proteinelor. Dacă fabrică prea mult ARN viral, pot ajunge să afecteze chiar mecanismul de care au nevoie ca să se înmulțească.

Potrivit lui Yang, poxvirusurile, grupul din care fac parte virusurile responsabile de variolă și de mpox, par să aibă modalități de a gestiona problema. Ele folosesc mecanisme de curățare a ARN-ului ca să elimine surplusul. Astfel, celulele infectate rămân funcționale destul de mult timp încât replicarea virală să poată continua.

„Dacă celula nu e sănătoasă, virusul nu s-ar replica bine. Virusul trebuie să țină în echilibru nivelul de ARN din interiorul celulei”, a spus Yang.

Deteriorarea nu are nevoie de sistemul imunitar

Unul dintre cele mai neașteptate rezultate ale studiului a apărut când cercetătorii au încercat să afle exact cum afectează excesul de ARN mitocondriile. La început, echipa a bănuit că acumularea de ARN dăuna acestor „centrale energetice” ale celulei pe o cale indirectă, prin activarea sistemului imunitar. Se știe că anumite tipuri de ARN declanșează reacții de apărare, care pot pune un stres suplimentar pe celulele infectate.

Experimentele au arătat însă că deteriorarea nu avea nevoie de un răspuns imunitar.

„Când am izolat doar mitocondriile și am adăugat ARN, am observat totuși că se deteriorau. Atunci ne-am dat seama că ar putea fi vorba despre o reacție a celulei la ARN, necunoscută până atunci”, a spus dr. Djamal Brahim Belhaouari, autorul principal al studiului.

Cercetătorii au mai observat că problemele mitocondriale apăreau înainte ca sistemul imunitar să se activeze substanțial și că leziunile nu depindeau de căile imunitare activate în mod normal în timpul infecției. Luate împreună, aceste rezultate indică faptul că excesul de ARN poate perturba el însuși funcționarea mitocondriilor, nu doar indirect, prin reacția organismului la virus.

Mecanismul exact rămâne neclar, dar cercetătorii au propus o explicație posibilă, legată de sarcinile electrice. Mitocondriile produc energie menținând o diferență electrică și chimică de o parte și de alta a membranei lor interne. Această diferență contribuie la producerea ATP-ului, molecula pe care celulele o folosesc ca principală sursă de energie. ARN-ul are sarcină electrică negativă, iar cercetătorii bănuiesc că, atunci când cantități neobișnuit de mari se adună în apropierea mitocondriilor, ele pot perturba condițiile electrice necesare unei producții eficiente de energie.

„Credem că ARN-ul, încărcat negativ, s-ar putea aduna în jurul mitocondriilor și ar putea perturba echilibrul electric necesar producției de energie, deși nu se știe exact cum se întâmplă acest lucru. Este un concept nou, pe care continuăm să-l explorăm”, a spus Yang.

Excesul de ARN, posibilă sursă de stres în boli și îmbătrânire

Experimentele s-au concentrat pe infecțiile virale, dar rezultatele ridică întrebarea dacă acumularea de ARN ar putea contribui și la alte probleme de sănătate.

Acumulări anormale de ARN au fost observate în mai multe afecțiuni, printre care anumite tipuri de cancer, boli neurodegenerative și tulburări asociate cu îmbătrânirea. Bolile neurodegenerative presupun deteriorarea treptată a celulelor nervoase, cum se întâmplă în boala Alzheimer sau în boala Parkinson. Fiindcă mitocondriile sunt esențiale pentru sănătatea celulelor, perturbarea producției lor de energie ar putea contribui la disfuncția celulară în unele dintre aceste boli.

Cercetătorii sugerează că excesul de ARN ar putea fi o sursă de stres mitocondrial neidentificată până acum. Sunt însă necesare studii suplimentare pentru a stabili în ce măsură funcționează acest mecanism și dacă el contribuie direct la apariția acestor boli.

„Considerăm că asta are implicații translaționale destul de ample. Un exces de ARN dublu catenar sau de ARNm care nu poate fi degradat eficient ar putea contribui la procese patologice în anumite contexte”, a declarat Brahim Belhaouari.

Un indiciu util pentru viitoarele vaccinuri și terapii cu ARN

Descoperirea ar putea oferi informații utile și oamenilor de știință care dezvoltă medicamente pe bază de ARN. Aceste terapii, inclusiv vaccinurile cu ARNm, introduc în celule instrucțiuni sub formă de ARN, pe care celulele le folosesc pentru a produce anumite proteine. Pentru proiectarea lor contează felul în care celulele răspund la ARN, îl procesează și, în cele din urmă, îl descompun. Studiul identifică încă un mod în care excesul de ARN poate afecta sănătatea celulei.

„Înțelegerea acestui mecanism ar putea ajuta cercetătorii să proiecteze și să optimizeze viitoarele terapii și vaccinuri pe bază de ARN, pentru că ar ști mai bine cum răspund celulele la cantități mari de ARN”, a spus Yang.

Pe scurt, curățenia pe care celula o face printre moleculele de ARN nu servește doar ca proteinele să fie produse corect și ca reacțiile imune să rămână sub control. Cercetarea sugerează că acest control poate fi esențial și pentru mitocondrii, adică pentru energia de care celula are nevoie ca să funcționeze. Când ARN-ul se adună peste nivelurile normale, fie că e vorba de ARN viral, fie de ARN mesager pe care celula îl folosește zilnic, centralele ei energetice pot avea de suferit. Rămâne de aflat cum anume perturbă ARN-ul mitocondriile și dacă mecanismul contribuie direct la bolile în care s-au observat acumulări anormale de ARN.

Merită să știe și alții asta?

Votează dacă ți-a plăcut articolul.

DA NU