La TERT entra nei mitocondri in condizioni normali e ne influenza la dinamica

I mitocondri svolgono funzioni ben più ampie della semplice produzione di ATP: regolano il destino cellulare, lo stress ossidativo e l'apoptosi, e la loro disfunzione è collegata all'invecchiamento, al cancro e alla neurodegenerazione. Il proteoma mitocondriale umano contiene circa 1.100 proteine, molte delle quali sono maggiormente note per attività svolte in altri compartimenti cellulari. La trascrittasi inversa della telomerasi (TERT) è una di queste proteine multifunzionali. Canonicamente, TERT allunga il DNA telomerico nel nucleo utilizzando il templato RNA TERC; in modo non canonico, è stata trovata all'interno dei mitocondri, sebbene ciò fosse stato precedentemente attribuito principalmente alle risposte allo stress ossidativo. Questo studio si è proposto di determinare se la localizzazione mitocondriale di TERT sia un fenomeno basale e fisiologico e, in caso affermativo, quale funzione essa svolga una volta all'interno.

I ricercatori dell'Università Roma Tre hanno esaminato un pannello accuratamente selezionato di linee cellulari: linee tumorali telomerasi-positive (HCT116, SK-MEL28), cellule di osteosarcoma con pathway ALT prive di TERT endogena (U2OS, SAOS), fibroblasti normali di prepuzio umano (HFFF2) con e senza espressione ectopica di TERT, e varianti trasfettate con TERT di ciascuna. In modo cruciale, le cellule U2OS sono completamente prive di TERC, mentre le cellule SAOS ne esprimono livelli bassi — permettendo al gruppo di ricerca di disaccoppiare il comportamento mitocondriale di TERT dalla sua attività canonica RNA-dipendente. Tutti gli esperimenti sono stati condotti in condizioni fisiologiche, in assenza di stress.

Mediante frazionamento subcellulare, co-localizzazione in immunofluorescenza e saggi di prossimità per ligazione, lo studio ha chiaramente dimostrato la presenza della proteina TERT all'interno dei mitocondri in tutte le linee che esprimono TERT — indipendentemente dal fatto che TERT fosse endogena o introdotta ectopicamente, e indipendentemente dalla presenza o assenza di TERC. TERC stessa non è stata rilevata all'interno dei mitocondri, stabilendo che la traslocazione di TERT è indipendente da TERC. La ChIP su DNA mitocondriale (mtDNA ChIP) ha mostrato che TERT si lega direttamente alla regione di controllo del mtDNA e alle sequenze contenenti geni. Le conseguenze funzionali sono risultate notevoli: l'espressione di TERT era correlata ad alterazioni del numero di copie del mtDNA (un indicatore della replicazione), a variazioni nei livelli dei trascritti mitocondriali, a un aumento della massa mitocondriale e — in modo visivamente evidente — alla frammentazione della rete mitocondriale normalmente tubulare, come rivelato dalla microscopia elettronica a trasmissione. Questo cambiamento morfologico è coerente con un aumento della fissione e/o della mitofagia, processi fondamentali per il controllo della qualità mitocondriale e la biogenesi.

Le implicazioni sono ampie. In primo luogo, ridefiniscono i ruoli anti-apoptotici e antiossidanti di TERT: anziché agire principalmente attraverso la regolazione genica nucleare, questi effetti potrebbero essere mediati dal coinvolgimento diretto nei mitocondri. In secondo luogo, poiché TERT è sovraespresso in circa l'85% dei tumori umani, la sua capacità di rimodellare la dinamica mitocondriale potrebbe contribuire alla riprogrammazione metabolica che sostiene la crescita tumorale. In terzo luogo, la frammentazione mitocondriale e la mitofagia sono strettamente legate alla senescenza cellulare e all'invecchiamento; una proteina che estende la durata della vita replicativa a livello dei telomeri, modulando allo stesso tempo il turnover mitocondriale, si collocherebbe a un potente crocevia della biologia della longevità.

Tra i limiti vi è la natura prevalentemente in vitro del lavoro e l'utilizzo di alcuni costrutti TERT espressi in modo ectopico con sovraespressione, che potrebbero non riprodurre perfettamente la regolazione endogena. I dettagli meccanicistici — come esattamente TERT venga importata, quali partner di legame al mtDNA coinvolga e se la sua attività di trascrittasi inversa abbia importanza all'interno dei mitocondri — rimangono da chiarire. Ciononostante, questo studio fornisce la dimostrazione più sistematica e multi-contestuale finora disponibile che TERT è una proteina mitocondriale a tutti gli effetti, con funzioni fisiologiche e non soltanto indotte da stress.