Кальциевые связи: базовый путь поддержания клеточных запасов топлива

Исследователи из Медицинской школы Университета Пенсильвании описали ранее неизвестный биологический механизм, который предотвращает "самопоедание" клеток для получения топлива. Механизм связан с топливом, используемым клетками в нормальных условиях, и зависит от постоянного переноса кальция между двумя клеточными компонентами через ионный канал. Без этого переноса клетки начинают потреблять сами себя, чтобы получить достаточно энергии.

"Изменённый метаболизм — это черта многих болезней, а также старения", — говорит старший автор Дж. Кевин Фоскетт, профессор физиологии. "Определение этого важнейшего механизма регуляции клеточной энергии будет иметь значение для широкого спектра физиологических процессов и заболеваний". Результаты описаны в статье на обложке последнего выпуска журнала Cell.

Большинство здоровых клеток в организме полагаются на сложный процесс окислительного фосфорилирования для производства топлива — АТФ. Понимание того, как митохондрии, энергетические хранилища клетки, производят АТФ, важно для изучения нормального клеточного метаболизма, что даст ключ к пониманию аномального метаболизма, например, при раке.

Фоскетт и коллеги обнаружили, что фундаментальная система контроля, регулирующая АТФ, — это постоянный перенос кальция в митохондрии из другого клеточного компонента, эндоплазматического ретикулума.

Эндоплазматический ретикулум — главное хранилище кальция в клетках. Накопленный кальций высвобождается в соседние митохондрии через кальциевый ионный канал — IP₃ рецептор. Исследователи выяснили, что это высвобождение кальция происходит постоянно, на низком уровне.

Когда учёные нарушали высвобождение кальция с помощью генетических или фармакологических методов, митохондрии оказывались неспособны производить достаточно АТФ для удовлетворения потребностей клетки. Это указывает на то, что митохондрии полагаются на постоянный перенос кальция, чтобы вырабатывать достаточно АТФ для поддержания нормального клеточного метаболизма.

При отсутствии этого переноса митохондрии не производят достаточно АТФ, что запускает экстремальный процесс клеточного выживания — аутофагию, или "самопоедание".

"Мы обнаружили, что эта реакция самопотребления в ответ на отсутствие переноса кальция, по-видимому, работает во многих типах клеток, включая гепатоциты печени, клетки гладкой мускулатуры сосудов и различные культивируемые клеточные линии", — говорит Фоскетт.

Аутофагия важна для очистки клеток от агрегированных белков, например, при нейродегенеративных заболеваниях, и играет роль в раке и гипертонии. IP₃ рецептор играет важную роль в регуляции запрограммированной клеточной смерти — процесса, который нарушается при многих видах рака, а также при нейродегенеративных заболеваниях, включая болезни Альцгеймера и Хантингтона. Высвобождение кальция через IP₃ рецептор может быть связующим звеном между нейродегенерацией, раком и ролью нарушенного клеточного метаболизма в этих широких классах заболеваний.