Investigadores encuentran mitocondrias libres de células flotando en sangre humana
ARRIBA: Imagen de microscopía electrónica de mitocondrias aisladas de plasma sanguíneo humano sano ALAIN THIERRY, INSERM
Hace alrededor de 2 mil millones de años, una bacteria se deslizó dentro de una célula más grande, comenzó a producir energía allí y se convirtió en la central eléctrica indispensable que conocemos hoy como la mitocondria, según la teoría funcional.
Pero esa vieja historia ahora tiene un nuevo giro. Los científicos han detectado los orgánulos fuera de las células, aparentemente funcionando perfectamente bien mientras circulan por la sangre de personas sanas, según los hallazgos publicados recientemente (19 de enero) en The FASEB Journal. Los investigadores que hicieron el descubrimiento proponen que las células pueden liberar las mitocondrias independientes con fines de señalización, aunque se necesita más trabajo para validar esa hipótesis.
Es muy emocionante. . . . Creo que, en conjunto, la evidencia combinada es bastante fuerte de que definitivamente son mitocondrias completas, comenta Martin Picard, fisiólogo de la Universidad de Columbia que no participó en la nueva investigación. Creo que hay mucho más trabajo por hacer para saberlo. . . si tienen un papel funcional que desempeñar, agrega.
Los investigadores detectaron los orgánulos en el plasma de cinco individuos sanos bajo un microscopio, una observación que confirmaron mediante microscopía electrónica.
Los hallazgos fueron el resultado de un proyecto de varios años dirigido por Alain Thierry, un oncólogo que investiga el desarrollo de biomarcadores de cáncer en el Instituto Nacional Francés de Salud e Investigación Médica. Hace aproximadamente siete años, él y sus colegas estaban estudiando el ADN mitocondrial libre de células que se sabe que circula en la sangre humana como un marcador de diagnóstico potencial para el cáncer.
Los miembros del equipo se intrigaron cuando notaron que ciertas células mitocondriales libres Los fragmentos de ADN extraídos del plasma sanguíneo de personas sanas parecían ser más largos y más resistentes a la degradación que los fragmentos de ADN nuclear libre de células, que también se sabe que se desplazan en la circulación. Si el ADN libre de células de las fuentes mitocondriales era más estable que el de los núcleos celulares, tal vez estaba encerrado en algún tipo de estructura protectora, razonaron.
Para averiguarlo, observaron de cerca el plasma sanguíneo de 80 individuos sanos. Usando una variedad de técnicas, que incluyen PCR, electroforesis en gel y secuenciación del genoma completo, identificaron dos poblaciones distintas de ADN mitocondrial libre de células: una que consiste en pequeños fragmentos degradados y otra poblada por hebras de ADN notablemente largas. Descubrieron que algunos de estos últimos eran, de hecho, copias completas del genoma mitocondrial, lo que reforzó la teoría de que podría estar contenido en algún tipo de empaque; de lo contrario, se habría degradado en fragmentos más pequeños.
El Luego, el equipo decidió investigar si las proteínas mitocondriales estaban asociadas con el ADN. Y, efectivamente, usando electroforesis en gel, encontraron proteínas que se sabe que están presentes en mitocondrias intactas, como proteínas de transporte y enzimas que residen en las membranas mitocondriales internas y externas.
Luego, usando un marcador mitocondrial fluorescente, el Los investigadores detectaron los orgánulos en el plasma de cinco individuos sanos bajo un microscopio, una observación que confirmaron mediante microscopía electrónica. Por último, los investigadores realizaron un ensayo diseñado para medir el consumo de oxígeno de los orgánulos, extraídos del plasma de 12 individuos, para ver si eran capaces del proceso de respiración generador de energía.
Junto con otros datos, los resultados sugirieron que las mitocondrias que flotan libremente en la sangre sana eran, de hecho, orgánulos que respiraban y funcionaban. El equipo estima que podría haber entre 200.000 y 3,7 millones de mitocondrias intactas libres de células por mililitro de plasma sanguíneo.
Algunos informes anteriores han demostrado que las mitocondrias pueden existir fuera de las células. Un estudio de 2014 sugirió que las plaquetas sanguíneas pueden liberar mitocondrias funcionales cuando se activan, por ejemplo, cuando lanzan una cascada de coagulación sanguínea en respuesta al daño de los vasos sanguíneos.
La investigación de Thierry es la primera en indicar que las mitocondrias flotantes pueden circular en la sangre de individuos sanos y en circunstancias normales, sin que las plaquetas se activen específicamente. Su equipo realizó experimentos adicionales para asegurarse de que sus observaciones no se debieron a la activación accidental de plaquetas. Además, cultivaron varias líneas celulares cancerosas y no cancerosas humanas y, nuevamente, encontraron mitocondrias sueltas en el medio de cultivo, lo que sugiere que una variedad de tipos de células más allá de las plaquetas son capaces de liberar mitocondrias en su entorno, explica Thierry.</p
Thierry no está particularmente sorprendido de que las mitocondrias puedan estar circulando en la sangre. Las bacterias pueden circular en la sangre cuando hay una infección, dice. Por lo tanto, no es inconcebible que las mitocondrias, que han descendido de las bacterias, puedan hacer lo mismo, dice.
El equipo estima que podría haber entre 200 000 y 3,7 millones de mitocondrias intactas libres de células por mililitro de plasma sanguíneo.
Todo esto me sorprende, comenta Joel Riley de la Universidad de Glasgow, que estudia cómo las mitocondrias pueden estimular la inflamación y que no participó en el estudio. Sabemos que fragmentos de mitocondrias pueden ser expulsados de las células a través de vesículas extracelulares [cuando están dañadas], pero mitocondrias enteras, eso está muy bien, dice.
Riley dice que se pregunta cómo es posible que las mitocondrias transmitidas por la sangre han pasado desapercibidos durante tanto tiempo. Benot Kornmann, un bioquímico de Oxford que estudia las mitocondrias y tampoco participó en el estudio, propone que debido a que los orgánulos son tan pequeños y la mayoría de los investigadores examinan la sangre probablemente al nivel de las células, es probable que nunca los vea a menos que las busca.
La función de las mitocondrias flotantes
El plasma sanguíneo de individuos sanos contiene mitocondrias intactas y funcionales, teñidas de verde con MitoTracker Green.zaa dache et al.
Kornmann y Picard no está totalmente convencido de que los orgánulos sean completamente funcionales. En el ensayo de consumo de oxígeno que realizaron Thierry y su equipo, es factible, aunque poco probable, que sus observaciones se deban a mitocondrias de células intactas que accidentalmente contaminaron la preparación, señala Kornmann. Le gustaría ver más experimentos para eliminar esa posibilidad. Además, tiene curiosidad por saber si las células están liberando mitocondrias de forma activa o si son células que mueren de forma no controlada y liberan desechos. pregunta.
Thierry dice que cree que es más probable que ciertas células estén liberando activamente mitocondrias en su estado funcional, y que los orgánulos tal vez desempeñen un papel de señalización. Una idea, por ejemplo, es que las células podrían liberar mitocondrias, que luego son absorbidas por otras células que están dañadas y las necesitan, explica.
Picard está de acuerdo en que esta es una posibilidad. De hecho, algunos experimentos han encontrado que las células madre pueden liberar mitocondrias para rescatar las células dañadas, y se ha demostrado que las mitocondrias se trasladan de una célula vecina a otra. Quizás partes del cuerpo producen mitocondrias y las liberan en el torrente sanguíneo para que los tejidos comprometidos puedan usarlas, de manera similar a como la glucosa se almacena dentro de las células pero también circula en el torrente sanguíneo. En biología rara vez hay cosas que suceden sin razón. Creo que es bastante probable que las mitocondrias circulantes tengan un papel funcional que desempeñar, aunque se necesita más investigación para averiguarlo, dice Picard.
Ver Intercambio de mitocondrias
Riley especula que ciertas las células podrían estar liberando mitocondrias como una señal inflamatoria. Si ese es el caso, dice, tendría curiosidad por saber si las personas con ciertas enfermedades, como el cáncer, tienen mayores cantidades de mitocondrias funcionales en el torrente sanguíneo. Si resultó que la presencia de estas mitocondrias en la sangre estaba aumentada en pacientes con cáncer. . . esa podría ser una forma de detección temprana del cáncer.
La posibilidad de usar las mitocondrias como biomarcadores de diagnóstico es algo que Thierry planea explorar en estudios futuros. Estamos trabajando en la posibilidad de que las mitocondrias puedan ser un biomarcador de cáncer, dice.
ZAA Dache et al., La sangre contiene mitocondrias competentes respiratorias libres de células circulantes, The FASEB Journal, doi:10.1096/fj.201901917RR, 2020.
Corrección (febrero 10): una versión anterior de esta historia afirmaba incorrectamente que las mitocondrias evolucionaron a partir de cianobacterias. El científico lamenta el error.
Katarina Zimmer es una periodista independiente radicada en Nueva York. Encuéntrala en Twitter @katarinazimmer.