Международная группа во главе с учеными из Университета Фрайбурга (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg), Германия, идентифицировала новый молекулярный механизм, играющий ключевую роль в структуре и функционировании митохондрий – крошечных «электростанций», обеспечивающих клетки энергией. Химические реакции, протекающие на внутренних мембранахмитохондрий, помогают этим энергетическим центрам преобразовывать пищу в энергию, давая клеткам возможность осуществлять обмен веществ, расти, делиться, двигаться.
Исследование, проведенное под руководством доктора Мартина ван дер Лаана (Martin van der Laan) из Института биохимии и молекулярной биологии (Institut fűr Biochemie und Molekularbiologie) и профессора Беттины Варшайд (Bettina Warscheid) из Центра изучения биологического сигналинга (Centre for Biological Signalling Studies, BIOSS),собрало вместе специалистов из Нидерландов, Польши и Швейцарии. Результаты их совместной работы опубликованы в журнале Developmental Cell.
Для внутренней мембранымитохондрии характерна определенная архитектура, необходимая для выполнения органеллой функции преобразования энергии. Ошибки в структуре митохондрии могут приводить к серьезным заболеваниям, чаще всего оказывающим влияние на нервы и мышцы.
Внутренняя митохондриальнаямембрана состоит из двух доменов - внутренней пограничноймембраны (inner boundary membrane, IBM) и мембран крист (cristae membranes), связанных посредством образования, называемого crista junction. Белковый комплекс Mitofilin/Fcj1, как сообщалось ранее, участвует в образовании соединения между мембранами крист и IBM, однако относительно его функции и возможного взаимодействия с другими белками единого мнения не существовало. Данное исследование показало, что белок митофилин (mitofilin) играет двойную роль. Он является частью большого комплекса внутренней мембраны, включающегося в себя еще пять идентифицированных в этой работе белков – составных частей системы MINOS (mitochondrial inner membrane organizing system), необходимой для сохранения связи мембран крист и IBM. Кроме того, митофилин связан с внешней мембраной и способствует переносу в митохондрию белков, синтезированных вне ее. Митофилин является центральным компонентом системы MINOS и функционирует как многофункциональный регулятор архитектуры митохондрии и биогенеза белков. (Рис.sciencedirect.com)
Крошечные генераторы энергии окружены внешней митохондриальной мембраной. На внутреннеймембране митохондрии находятся трубчатые образования – кристы. Ученые знают, что общий план строения митохондрий одинаков у всех организмов – будь то человек или одноклеточная форма жизни. Однако о составных частях этой микроструктуры остается немало вопросов. Это исследование отвечает на некоторые из них.
У одноклеточных модельных организмов – пекарских дрожжей – ученые идентифицировали огромную молекулярную машину из шести разных мембранных белков, необходимую для связывания мембраны крист с внутренней пограничной мембраной (inner boundary membrane). Дефекты в этом белковом комплексе приводят к отделению кристы и, как следствие, к серьезным нарушениям роста клетки.
В сотрудничестве с коллегами из варшавского Международного института молекулярной и клеточной биологии (International Institute for Molecular and Cell Biology), Польша, ученые показали, какую важную роль играет этот белковый механизм как для внутренней архитектуры клеточных электростанций, так и для образования молекулярных контактов между двумя митохондриальными мембранами. Эти мембранные мостики значительно облегчают транспорт в митохондрию новых белков, синтезированных за ее пределами.
Результаты исследования помогают лучше понять структуру и функционирование клеточных энергетических станций и могут объяснить механизмы, лежащие в основе заболеваний, связанных с изменениями в структуре митохондрий.