Ученые расшифровали организацию клеточных механизмов, ответственных за производство энергии

Ученые из Национального центра сердечно-сосудистых исследований имени Карлоса III (CNIC) определили молекулярную организацию, лежащую в основе производства энергии в живых клетках. Открытие, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на регуляцию метаболизма и является вехой в понимании организации митохондриальной цепи переноса электронов (mETC), которая высвобождает энергию из молекул, полученных из питательных веществ. Исследование также предполагает, что различные варианты организации mETC могут влиять на метаболизм и быть связаны с предрасположенностью к развитию определенных заболеваний.

Долгое время считалось, что структуры внутри митохондрий, обеспечивающие клеточное дыхание, расположены случайным образом и не имеют точной организации. Это представление тормозило понимание митохондриального дыхания, важности его регуляции в контроле метаболического и клеточного стресса и его возможной роли в заболеваниях.

Новое исследование было проведено группами под руководством профессоров Хосе Антонио Энрикеса и Хесуса Васкеса, первыми авторами выступили доктора Сара Кольяти и Энрике Кальво. Исследование сосредоточено на роли терминального комплекса mETC, называемого комплексом IV. Комплекс IV состоит из 14 белков. Клетки могут производить разные версии некоторых из этих белков, но функция этих различных версий была неизвестна.

Комплекс IV может существовать как изолированный комплекс, в виде димеров или в сборках с другими комплексами дыхательной цепи. Исследование в Nature показывает, что обмен разными версиями одного из белков-компонентов (называемого SCAF1 или Cox7a1 и Cox7a2) регулирует включение комплекса IV в различные структуры. По словам профессора Энрикеса, «эти альтернативные версии определяют окончательную форму митохондриальных структур».

Разные митохондриальные структуры имеют разные функции, объясняет доктор Кольяти: «Полезно думать о детских строительных блоках разного размера, где каждый блок встает на свое место в структуре, связанное с его конкретной функцией. В зависимости от того, как мы собираем блоки, мы можем построить дом, мост или пожарную станцию; все это возможные структуры, но с разными характеристиками и функциями». Подобным образом митохондрии организуют mETC определенным образом. По словам доктора Кальво, «используя разные версии белков-компонентов, строятся структуры со слегка различающимися функциями». Профессор Васкес поясняет, что «благодаря нашей работе мы теперь знаем, что замена одной версии SCAF1 на другую является механизмом регуляции структуры и активности mETC, а следовательно, и клеточного метаболизма».

Исследователи приходят к выводу, что эти результаты, помимо раскрытия механизмов, организующих mETC, являются вехой в понимании того, как различные структуры mETC влияют на метаболизм и как эти структуры связаны с риском развития конкретных заболеваний.