Studi baru mengungkap peran kunci protein mitokondria dalam regenerasi jantung

Mitokondria memainkan peran penting dalam menyediakan energi yang dibutuhkan untuk fungsi sel yang tepat. Dalam mitokondria, energi diproduksi oleh rantai pernapasan, yang terdiri dari lima kompleks, yang disebut CI-CV. Kompleks ini dapat berkumpul menjadi superkompleks, tetapi sedikit yang diketahui tentang peran proses ini dan pengendaliannya.

Studi baru ini meneliti mekanisme perakitan superkompleks dan mengungkap dampak signifikan faktor perakitan mitokondria pada regenerasi jaringan jantung. Studi ini dipimpin bersama oleh Dr. José Antonio Enríquez dari Pusat Penelitian Kardiovaskular Nasional (CNIC) dan Dr. Nadia Mercader dari Universitas Bern di Swiss, yang merupakan ilmuwan tamu di CNIC.

Sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Developmental Cell menunjukkan bahwa anggota keluarga protein Cox7a memainkan peran mendasar dalam perakitan dimer CIV dan bahwa perakitan ini penting untuk berfungsinya mitokondria dengan baik dan oleh karena itu untuk produksi energi seluler.

Keluarga protein Cox7a mencakup tiga anggota: Cox7a1, Cox7a2, dan Cox7a2l (juga disebut SCAF1). Penelitian sebelumnya oleh kedua kelompok telah menunjukkan bahwa ketika CIV mengandung SCAF1, ia berasosiasi kuat dengan CIII, membentuk superkompleks pernapasan yang dikenal sebagai respirasom. Dalam penelitian sebelumnya ini, penulis berhipotesis bahwa penyertaan Cox7a2 akan menghasilkan CIV yang tidak dapat berasosiasi, sementara molekul CIV yang mengandung Cox7a1 akan berasosiasi untuk membentuk homodimer CIV. Penelitian baru ini secara eksperimental menunjukkan peran Cox7a1 dalam pembentukan homodimer CIV ini.

Sel Perkembangan (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012

Bekerja dengan model ikan zebra, para peneliti menemukan bahwa tidak adanya Cox7a1 mencegah pembentukan dimer CIV, dan hilangnya dimer ini memengaruhi berat dan kemampuan berenang ikan yang terkena.

"Cox7a1 terutama diekspresikan dalam sel otot lurik, dan jaringan otot rangkalah yang paling menderita akibat kurangnya fungsi Cox7a1. Jenis utama otot lurik lainnya adalah otot jantung, atau miokardium," jelas Dr. Enriquez.

Namun, sementara hilangnya Cox7a1 pada otot rangka merugikan, ketidakhadirannya pada otot jantung meningkatkan respons regeneratif jantung terhadap cedera.

"Hasil ini menunjukkan bahwa protein ini memainkan peran penting dalam mengaktifkan kemampuan jantung untuk memperbaiki dirinya sendiri setelah cedera," jelas penulis pertama studi tersebut, Carolina Garcia-Pojatos.

Untuk lebih jauh mengeksplorasi fungsi Cox7a1, peneliti CNIC Enrique Calvo dan Jesús Vásquez melakukan studi proteomik terhadap otot rangka dan miokardium pada ikan zebra yang kekurangan Cox7a1. Analisis ini dilengkapi dengan studi metabolomik yang dilakukan oleh rekan-rekan di Universitas Bern. Analisis gabungan ini mengungkap perbedaan yang signifikan dari ikan yang tidak dimodifikasi dengan ekspresi Cox7a1 yang utuh.

"Hasil ini menunjukkan bahwa molekul yang terlibat dalam perakitan superkompleks mitokondria mungkin memiliki efek signifikan pada kontrol metabolisme, yang mungkin membuka jalan bagi pengobatan baru untuk penyakit jantung dan kondisi metabolisme lainnya," kata Dr. Mercader.

Menurut tim peneliti, penemuan ini merupakan "langkah maju yang signifikan dalam memahami mekanisme seluler yang terlibat dalam regenerasi jantung dan dapat menunjukkan jalan menuju pengembangan terapi yang bertujuan untuk merangsang regenerasi jantung."

Para penulis menyimpulkan bahwa faktor perakitan mitokondria dapat memengaruhi kontrol metabolisme secara signifikan.