I mitocondri non sono solo centrali energetiche: potrebbero essere anche i “radiatori” della cellula.
Dentro ogni nostra cellula ci sono centinaia di mitocondri.
Sono piccoli, ma indispensabili: senza di loro il cuore non batterebbe, i muscoli non si muoverebbero e il cervello non funzionerebbe.
Per anni li abbiamo descritti come le “centrali energetiche” della cellula. Ed è vero: producono l’energia che serve per vivere. Ma non è tutta la storia.
I mitocondri partecipano anche ad altri processi fondamentali, dal metabolismo alla risposta allo stress, fino all’immunità. E quando non funzionano correttamente possono essere coinvolti in diverse malattie, tra cui alcune forme di malattie neuromuscolari, epilessia, cardiomiopatie e patologie neurodegenerative come il morbo di Parkinson.
Negli ultimi anni, però, sta emergendo un’altra possibilità: oltre all’energia, i mitocondri producono anche molto calore. Un aspetto della loro funzione rimasto a lungo quasi ignorato — un vero e proprio “elefante nella stanza” della biologia cellulare.
È da questa idea — che mette in discussione una delle immagini più radicate della biologia — che parte il lavoro di Howard T. Jacobs, professore di Biologia Molecolare presso la Tampere University, in Finlandia, che abbiamo incontrato al Burlo Garofolo.
Intervista a cura della Direzione Scientifica - Direttore Scientifico Prof. Massimo Zeviani (contenuti: Lorenza Masè)
Professor Jacobs, lei si occupa dei mitocondri dai primi anni ’80. Da dove nasce il suo interesse?
Direi per caso.
Stavo lavorando in biologia dello sviluppo e mi sono imbattuto nei mitocondri. Succede spesso nella ricerca: pensi di studiare una cosa e scopri che il cuore del problema è un altro. Per me è stato così, e da allora ho continuato a occuparmene.
I mitocondri sono ancora le “centrali energetiche” della cellula?
È un buon punto di partenza, ma è una definizione incompleta.
I mitocondri producono gran parte dell’energia della cellula, ma fanno anche molto altro: partecipano al metabolismo, influenzano le decisioni cellulari e sono coinvolti anche in processi come l’immunità.
E poi c’è un aspetto che abbiamo a lungo trascurato:
quando producono energia, producono anche calore.
Non si tratta di una piccola quota. Una parte significativa dell’energia viene rilasciata proprio sotto forma di calore. Per molto tempo questo è stato considerato un effetto secondario, ma potrebbe non esserlo.
Lei sostiene che i mitocondri siano più caldi del resto della cellula. Quanto più caldi?
I dati sperimentali suggeriscono che possano raggiungere temperature intorno ai 50–52 °C, mentre l’ambiente cellulare è intorno ai 37 °C.
Quindi parliamo di circa 15 gradi di differenza.
Una differenza all’interno della stessa cellula che fino a pochi anni fa si pensava impossibile.
È un risultato sorprendente e ancora discusso, ma coerente con quello che sappiamo: quando i mitocondri producono energia, una parte importante viene dissipata come calore.
Come si può capire una cosa del genere? È difficile da immaginare.
Io uso spesso un esempio molto semplice: quello del riscaldamento domestico.
Fuori può fare freddo, ma dentro casa stiamo a una temperatura confortevole. Però il radiatore è molto più caldo della stanza: è lì che il calore viene prodotto.
Nella cellula succede qualcosa di simile:
i mitocondri sono come piccoli “radiatori”,
il resto della cellula è più freddo, ma viene riscaldato da loro.
Il calore viene prodotto nei mitocondri e poi si distribuisce al resto della cellula.
Questo cambia il modo in cui dobbiamo immaginare la cellula?
Sì. Per molto tempo abbiamo pensato alla cellula come a un ambiente uniforme.
Ma se i mitocondri sono più caldi, allora la cellula potrebbe essere fatta di microambienti diversi, con zone leggermente più calde e altre più fredde.
E questo conta, perché molte reazioni biologiche dipendono dalla temperatura. Anche piccoli cambiamenti possono influenzare il funzionamento di proteine ed enzimi.
In altre parole, la temperatura potrebbe non essere solo una condizione della vita cellulare, ma una variabile attiva, capace di influenzare il funzionamento della cellula.
Questo potrebbe avere implicazioni anche per la medicina?
Possibilmente sì.
I mitocondri sono coinvolti in molte malattie, soprattutto nei tessuti che consumano più energia, come cervello, cuore e muscoli.
Finora abbiamo pensato a queste malattie soprattutto come problemi di produzione di energia. Ma potrebbe esserci anche un altro aspetto: un’alterazione del modo in cui il calore viene prodotto e distribuito dentro la cellula.
È difficile misurare la temperatura dei mitocondri?
Sì, è una misura complessa. Oggi si usano sensori fluorescenti sensibili alla temperatura, che cambiano segnale quando la temperatura varia.
Ma la difficoltà non è solo tecnica. C’è anche una certa resistenza ad accettare risultati che sembrano andare contro idee consolidate. Fa parte del modo in cui la scienza procede.
Qual è la domanda più importante oggi?
Capire se e come i mitocondri regolano la loro temperatura.
I dati suggeriscono che non si limitano a produrre calore, ma tendono a mantenere una temperatura relativamente stabile anche quando le condizioni cambiano. Se è così, significa che esistono meccanismi di controllo che non conosciamo ancora.
“Forse per capire davvero come funziona una cellula, dovremmo smettere di guardare solo all’energia e iniziare a considerare anche il calore”. Prof. Howard T. Jacobs
Bio
Dal 1996 Howard T. Jacobs è Professore di Biologia molecolare presso la Tampere University, in Finlandia. Nel corso della sua carriera ha studiato la replicazione, l’espressione e le patologie del DNA mitocondriale, la catena respiratoria alternativa e, più recentemente, la temperatura interna dei mitocondri.
Questo ultimo tema è stato al centro della sua keynote lecture, tenuta nell’ambito del programma di formazione per i ricercatori dell’IRCCS Burlo Garofolo.