Mitocondri e difetti cardiaci congeniti

cuore umanoI mitocondri svolgono un ruolo determinante nello sviluppo e nel destino della cellula muscolare cardiaca a livello embrionale: difetti mitocondriali sono alla base di alcune cardiopatie congenite.

Le variazioni nella morfologia dei mitocondri e la cascata di segnali che si viene a determinare sono strettamente legate alla corretta differenziazione delle cellule staminali embrionali in cardiomiociti. Molti di questi segnali sono coinvolti in difetti cardiaci congeniti, come i difetti del setto ventricolare – veri e propri buchi nella parete che separa i due ventricoli del cuore.

Il gruppo di ricerca guidato da Luca Scorrano, professore di Biochimica all’Università di Padova e ricercatore dell’Istituto Telethon Dulbecco, ha messo in luce come i mitocondri possano indirizzare il destino della cellula embrionale verso la differenziazione in cellula muscolare cardiaca.

Lo studio, pubblicato su Science, dimostra che non è il nucleo della cellula a controllare i mitocondri, al contrario sono questi organelli a controllare l’espressione dei geni nucleari per lo sviluppo delle cellule muscolari cardiache.

Ecco che i mitocondri, organelli cellulari deputati alla produzione di energia, alla regolazione dei segnali cellulari e all’amplificazione dell’apoptosi, sono perfino in grado di dirigere il nucleo della cellula verso la differenziazione e lo sviluppo degli organi.

Durante lo sviluppo dell’organismo, i mitocondri si fondono tra loro grazie alle proteine di superficie mitofusina 1 e 2. In assenza di queste proteine si verificano difetti nella fusione mitocondriale che portano, su modello murino e soltanto nelle cellule muscolari cardiache embrionali, a difetti nello sviluppo del cuore dell’embrione, che presenta, tra l’altro, pareti molto sottili.

I ricercatori hanno proseguito gli studi dimostrando che le cellule staminali embrionali di topo, prive del gene per la mitofusina 2 e per Optic atrophy 1 (Opa1), non potevano dare luogo a cellule muscolari cardiache funzionanti.

Le mutazioni delle proteine che regolano la fusione mitocondriale, come le mitofusine, portano alla formazione di mitocondri difettosi, non integri, piccoli e separati in quanto incapaci di fondersi tra loro. Questi mitocondri non possono inviare i segnali che guidano l’espressione dei geni nucleari tanto da determinare il mancato sviluppo corretto del cuore.

La corretta fusione mitocondriale è fondamentale per uno sviluppo ottimale dei cardiomiociti.

Lo studio apre nuove porte verso la ricerca dei geni coinvolti nei difetti cardiaci congeniti – come quelli che portano ad un cuore piccolo e poco sviluppato – e mette in guardia da possibili problemi cardiaci latenti nei soggetti affetti dalle malattie genetiche dovute a difetti nella mitofusina 2 e in Opa1 – rispettivamente la malattia di Charcot-Marie-Tooth di tipo IIa e l’atrofia ottica dominante.

Questo lavoro riguarda in modo specifico le cellule muscolari cardiache ed è volto ad indagare il ruolo dei geni coinvolti nella fusione mitocondriale nelle cellule staminali embrionali al fine di una loro corretta differenziazione in cardiomiociti. I ricercatori puntano ora a proseguire gli studi per capire se la fusione mitocondriale sia altrettanto determinante nella differenziazione di altri tipi cellulari.

Teoria sull’origine dei mitocondri: endosimbiosi

Organelli fondamentali per la vita della cellula, i mitocondri derivano probabilmente da batteri ancestrali che hanno invaso e parassitato le cellule.
Nel corso dell’evoluzione, questa iniziale invasione delle cellule ospiti ha dato origine a una relazione simbiotica stabile, in cui le cellule contano sui mitocondri per la produzione di energia e i mitocondri dipendono dalle cellule per loro stessa sussistenza. Il vantaggio evolutivo di sopravvivenza reciproco ha portato nel tempo al trasferimento o eliminazione di geni e sistemi non più necessari o superflui.

Fonte

Kasahara A, Cipolat S, Chen Y, Dorn GW, Scorrano L. “Mitochondrial fusion directs cardiomyocyte differentiation via calcineurin/notch signaling”. Science Express. Oct. 3, 2013.

Ufficio Stampa Telethon