Ученые описали ключевой компонент механизма энергоснабжения клетки

В митохондриях протекают сложные биохимические процессы, преобразующие энергию углеводов в важнейшую молекулу-накопитель энергии — АТФ (аденозинтрифосфат). АТФ — это, по сути, «топливо» для всех процессов в живых клетках. Нарушение производства АТФ может иметь серьезные последствия для организма, включая тяжелые заболевания и смерть.

Синтез АТФ происходит в кристах — складчатых выступах внутренней мембраны митохондрий. «В кристах находятся молекулярные машины, работающие как турбины: они используют контролируемый поток ионов водорода для синтеза АТФ», — пояснил профессор медицинской биохимии Саарландского университета Мартин ван де Лаан. Этот механизм работает только при условии постоянного поддержания тонкой внутренней структуры митохондрий и формирования крист.

Ван дер Лаан с коллегами из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка в Берлине изучили молекулярную структуру крупного и сложного каркасного белкового комплекса, играющего важную роль в контроле архитектуры крист. Результаты опубликованы в Science Advances.

Этот молекулярный аппарат, известный как Система организации контактных сайтов и крист митохондрий (MICOS), действует как входные ворота в компартменты крист. Белковые субъединицы MICOS — Mic60 и Mic19 — обладают способностью формировать мембраны и вместе функционируют как «швейцар», пропуская внутрь крист или выпуская из них только определенные молекулы.

Исследователи показали, как компоненты MICOS, Mic60 и Mic19, образуют филаментозные пучки, которые могут самоорганизовываться в сводчатую молекулярную структуру, перекрывающую вход в кристы. «Эта куполообразная сборка эластично прикреплена к митохондриальным мембранам. Конструкция и архитектура MICOS дают важное понимание того, как он может действовать как гибкие, но управляемые ворота в кристы, регулируя энергетический метаболизм митохондрий», — объяснил профессор ван дер Лаан.

Этот прорыв стал возможен благодаря тесному сотрудничеству двух исследовательских групп, которым удалось успешно объединить данные структурного анализа очищенных и кристаллизованных фрагментов MICOS с результатами целевого функционального анализа генетически модифицированных вариантов MICOS в живых клетках.

Полученные результаты открывают путь для дальнейших междисциплинарных исследований. Последующие работы будут изучать и анализировать выявленную сводчатую структуру, чтобы определить ее значение для строения и функции крист, а также для энергетического метаболизма митохондрий. «Мы надеемся, что наша работа приведет к другим важным открытиям, которые, в свою очередь, улучшат понимание расстройств, возникающих из-за дисфункции митохондрий», — добавил ван дер Лаан.