מיטוֹכוֹנדריוֹן (בעברית: נוֹשְׁמוֹן; ברבים: מיטוכונדריה) הוא אברון המצוי בציטופלזמה של כמעט כל התאים האיקריוטיים. פירוש השם ביוונית: “גרגיר דמוי סיב”.

שרירי השלד עשויים תאים (סיבים) ארוכים ודקים מאורגנים ביותר המאוכלסים בצפיפות בחלבונים ואברונים. פעילות גופנית בעצימות גבוהה יכולה לגרום לעלייה של עד פי 1000 בשיעור הביקוש לאנרגיה לעומת שיעור הביקוש במנוחה (Newsholme,1983). כדי לענות על דרישה אנרגטית זו, תאי השריר מכילים מיטוכונדריה. אברונים אלה, המכונים בדרך כלל “תחנות הכוח” של התא, ממירים חומרי מזון למולקולות ATP עתירות אנרגיה. בתהליך זה – המכונה נשימה תאית או זרחון חמצוני – המיטוכונדריה פועלים כסוללות תאיות קטנות, ומשתמשים במתח חשמלי על פני הקרומים שלהם כמקור ביניים של אנרגיה לייצור ATP.

מדענים האמינו במשך זמן רב כי האנרגיה המיוצרת על ידי המיטוכונדריה מופצת ברחבי תאי השריר על ידי סוג של מנגנון דיפוזיה. עם זאת, מחקרים גנטיים הראו כי מסלולי דיפוזיה אלה בלבד אינם מספיקים כדי לתמוך בכיווץ שרירים תקין.

מדענים ממכון הלב, הריאה והדם הלאומי של המכונים האמריקניים לבריאות (NHLBI), והמכון הלאומי לסרטן (NCI), שיערו כי קיימים מסלולי אנרגיה מהירים ויעילים אחרים המפזרים אנרגיה ברחבי תאי השריר. תוצאותיו של המחקר פורסמו ביולי 2015, בכתב העת המדעי Nature.

החוקרים השתמשו בטכניקת הדמיה אותה פיתחו, באמצעות אלומת יונים ממוקדת/סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (FIB-SEM), וניתחו תמונות תלת ממדיות ברזולוציה גבוהה של שרירי שלד בעכבר. הם עקבו אחר נתיבי המיטוכונדריה וגילו כי אלה יוצרים רשת, או רטיקולום. החוקרים שיערו כי אברונים אלה עשויים ליצור רשת עצומה בעלת חיבורים פנימיים בדומה לקווי הולכה חשמליים ברשת חשמל עירונית.

Glancy2015-1lg-Muscle mito form highly connected networks (2)

תמונה 1. מיטוכונדריה בתאי שריר שלד של עכבר יוצרים רשת מקושרת ביותר (Credit: Glancy et al.,2015).

כדי לבחון את הרעיון הם השתמשו בגשושים אופטיים מעוצבים במיוחד כדי לבחון את החיבורים החשמליים בין המיטוכונדריה, וגילו כי “החוטים” המיטוכונדריים הוליכו חשמלית וכי מרבית המיטוכונדריה היו בתקשורת חשמלית ישירה דרך הרשת המחוברת, וכך יכלו להפיץ במהירות את מתח הקרום המיטוכונדריאלי ברחבי התא.

Vincent2019-main-

תמונה 2. מיטוכונדריה בתאי שריר של אדם (Credit: Vincent et al.,2019).

קישוריות בתוך רשת המיטוכונדריה מאפשרת תקשורת והפצה מהירה של אנרגיה פוטנציאלית ברחבי התא. עם זאת, קישוריות זו מסכנת את מערכת המרת האנרגיה מכיוון שרכיבים פגומים עלולים לסכן את הרשת כולה. במחקר המשך משנת 2017, החוקרים הציגו את המנגנונים להגנת רשת המיטוכונדריה בשריר הלב ובשרירי שלד. הם גילו כי רשת המיטוכונדריה הלבבית מפוצלת לרשתות משנה הכוללות מיטוכונדריה רבים המקושרים דרך שפע של אתרי מגע בצמתים בינמיטוכונדריים ספציפיים ביותר (IMJs). ברשתות משנה לבביות וגם בשרירי שלד, מתרחשת הפרדה חשמלית ופיזית מהירה של מיטוכונדריה לא תקינים, הגורמת לניתוק הצמתים הבינמיטוכונדריים ונסיגת המיטוכונדריה המוארכת למבנים מרוכזים. רשתות משנה אזוריות של המיטוכונדריה מגבילות את ההשפעה התאית של תפקוד לקוי מקומי ואילו ניתוק דינמי של המיטוכונדריה הפגועה מאפשר לשאר המיטוכונדריה לחדש את התפקוד התקין תוך שניות. אם כך, אבטחת רשת המיטוכונדריה בתאי שריר משורטט מורכבת ממנגנונים פרואקטיביים ותגובתיים.

Picard2011-Mito reticular network in muscle cell & Fragmented mito morphology

תמונה 3. רשת מיטוכונדריאלית שלמה בתא שריר (משמאל) ומיטוכונדריה פגומים (מימין) (Credit: Picard et al.,2011).

החוקרים מקווים כי גילוי מנגנון זה להפצה מהירה של אנרגיה בתאי שריר משורטט ישנה את האופן שבו מדענים חושבים על תפקוד השרירים ויפתח דלת לתחום חקירה חדש לגמרי במצבי בריאות ומחלות.

 

תמונה ראשית: רשת המיטוכונדריה בשריר שלד בעכבר (Credit: Glancy et al., 2015).

מקורות:

Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle.,Glancy et al., 2015

Power Grid Protection of the Muscle Mitochondrial Reticulum.,Glancy et al., 2017