Obtenir i distribuir l’energia és essencial. Penseu si podríeu viure a casa sense cap font d’energia (inclosa la derivada de la llum del Sol). No seria possible. A les cèl·lules del nostre cos, la font principal de l’energia s’aconsegueix gràcies a uns orgànuls anomenats mitocondris, on succeeixen la major part de les reaccions químiques que ens donen l’energia perquè les cèl·lules funcionin, com també per generar calor. Tenim des de centenars a milers de mitocondris a cada cèl·lula, segons les seves necessitats energètiques. Per exemple, les neurones o les cèl·lules musculars tenen un metabolisme molt elevat, cosa que implica molta despesa d’energia i, per tant, més quantitat de mitocondris. Si pensem en un espermatozou, ens ve al cap una espècie de cap (on hi ha el nucli amb els cromosomes) i una cua anomenada flagell que l’impulsa, doncs bé, entre el cap i la cua, hi ha mitocondris donant tota l’energia necessària per a la mobilitat de l’esperma. Curiosament, de l’espermatozou només el nucli amb el DNA que formarà part del nou individu entra en l’oòcit, però sense mitocondris, els espermatozous no podrien moure’s ni podrien fecundar. 

Els mitocondris tenen DNA al seu interior, i altres vegades us he parlat de la seva utilitat per a la ciència forense. De fet, els mitocondris són fascinants perquè creiem que deriven d’organismes similars a bacteris, que als inicis evolutius de la cèl·lula eucariota van ser capturats per una protocèl·lula, esdevenint simbionts, i ara ja són part intrínseca de la nostra cèl·lula, perquè obtenen energia d’una forma molt eficient. Sempre ens han dibuixat les cèl·lules com una esfera plena de formes més o menys rodones de colors, però la cèl·lula està viva i és bàsicament un medi aquós, per la qual cosa tot el que està al seu interior es belluga. Les molècules petites es mouen per moviment brownià (com el de la pols en l’aire, o les molècules dins l’aigua) però els orgànuls es mouen normalment per moviments dirigits. Dins la cèl·lula hi ha “carreteres”: de fet, una extensa xarxa de microtúbuls la recorre i permet transportar vesícules plenes de nutrients, de deixalles moleculars, i també d’orgànuls. Els mitocondris amb la seva forma de bastó allargats, no en són una excepció, sinó un dels elements estel·lars. Cal portar la font d’energia, les bateries o piles de la cèl·lula allí on faci falta. I els mitocondris es mouen per sobre d’aquestes carreteres, gràcies a proteïnes transportadores que les porten d’aquí cap allà en resposta a les necessitats cel·lulars. A aquest fenomen l’anomenem “tràfic mitocondrial”.

Què passa quan aquest ball tan ben orquestrat, aquesta dinàmica i tràfic mitocondrial no funciona i està alterat? Doncs hi ha greus problemes i sorgeixen les malalties

Encara més, els mitocondris també són “ens vius”, en el sentit que poden fusionar-se i fer-se més grans, o fissionar-se (dividir-se) i fer-se més petits. El sentit d’aquesta fusió i fissió és, d’una banda, intentar reparar-se quan té problemes de funcionament, ja que pot aliar-se amb un altre mitocondri i mirar si entre tots dos es complementen i en fan un que funcioni millor, i es fissionen quan bé són massa grans, o bé estan funcionant tan malament i estan tan danyades que han de ser degradades i els seus components reciclats. A aquest fenomen l’anomenen “dinàmica mitocondrial”.

Així que les cèl·lules estan en una permanent necessitat energètica i els mitocondris constantment ballen un vals infinit dins de la cèl·lula, ara aquí, ara allà, ara em fusiono, ara em fissiono… I això és tan absolutament bell que us enllaço a un vídeo d’aquest ball increïblement vital, que està passant ara mateix a totes les nostres cèl·lules (veureu els mitocondris com cuquets allargats vermells, i un de sol que és verd, que, quan es fusiona, dona un mitocondri groc, el qual incrementa el nombre gràcies al fet que es fissiona i fusiona amb altres mitocondris).

Com hem esmentat, les neurones tenen un metabolisme excepcionalment actiu i, per això, la seva despesa energètica és brutal. La seva xarxa mitocondrial ha de funcionar de forma perfecta. Però recordeu que, gràcies a Ramón y Cajal, sabem que moltes neurones tenen una forma gairebé arbòria, com un arbre amb una tija (l’axó) i una copa (el soma o cos on hi ha el nucli), a partir dels quals surten les neurites, o extensions de la cèl·lula necessàries per comunicar-se amb les altres per contactes sinàptics. Fer aquestes extensions de la cèl·lula és molt costós metabòlicament. És com si tens una ciutat al centre d’un imperi (el soma de la neurona) però has d’arribar a tots els extrems i llocs més petits i llunyans del teu imperi, només ho podràs fer si tens unes bones carreteres i pots transportar i distribuir l’energia necessària. Així que ja us podeu imaginar que els microtúbuls estan recorrent els axons de punta a punta, i també fins a les terminals sinàptiques de cada dendrita i de les neurites dels axons. I els mitocondris han de ser transportats fins a cada racó, i ho fan en fila índia, perquè els axons són extremadament prims. És espectacular i gairebé hipnòtic observar aquest moviment dels mitocondris, registrar-lo i estudiar el seu moviment al llarg del temps. Uns corren, altres van més lentament. Uns van cap endavant i altres en sentit contrari, són els moviments anterògrad i retrògrad. Els mitocondris van cap als extrems de l’imperi, on fan falta per donar energia i tornen cap a la gran urbs, per refer-se. I perquè us en pugueu fer una idea, us enllaço un altre vídeo on veureu una espècie de “cuquets” blancs, els mitocondris, recorrent un camí gairebé imaginari.

Què passa quan aquest ball tan ben orquestrat, aquesta dinàmica i tràfic mitocondrial no funciona i està alterat? Doncs hi ha greus problemes i sorgeixen les malalties. Justament fa una setmana, un equip de científics de la Universitat de Barcelona i altres institucions amb les quals hem col·laborat, han publicat un article on identifiquen un gen del cromosoma X, que codifica per a una proteïna anomenada Alex3, que contribueix a “enganxar” els mitocondris a les proteïnes transportadores al llarg dels microtúbuls. Algunes mutacions en aquest gen estan implicades en càncer. Altres mutacions, que fan que sigui menys actiu provoquen que els mitocondris no puguin circular a la velocitat que haurien de tenir, s’alenteixen i dins les neurones, fan que la distribució al llarg dels axons sigui anòmala perquè s’altera el tràfic anterògrad. Com a conseqüència, la cèl·lula pateix estrès perquè no li arriben els mitocondris a les sinapsis, per tant, no es poden mantenir totes les dendrites i projeccions axonals, que es retrauen, i finalment, ocorre la mort neuronal. En models de ratolí als quals s’ha delecionat el gen Alex3 exclusivament a les neurones del cervell, es causen greus problemes de neurodegeneració. A humans, no hi ha homes (recordem que és un gen del cromosoma X i els homes només en tenen un) que tinguin mutacions de pèrdua de funció en aquest gen, perquè segurament és letal o compromet la vida. Totes les variants identificades són relativament “lleugeres” i estan associades a malalties metabòliques, hipòxia i, en alguns casos, a esquizofrènia i trastorns de l’espectre autista.

Així que ja veieu que portar els mitocondris on han d’exercir la seva funció és absolutament essencial. A les neurones els hi va la vida.