Учёные определили механизм регуляции выработки энергии в митохондриях
Учёные из Национального центра кардиоваскулярных исследований (CNIC) определили молекулярный механизм, с помощью которого митохондрии — основной источник энергии для клетки — регулируют свою функцию для оптимизации выработки энергии в соответствии с меняющимися потребностями организма. Открытие, опубликованное в журнале Science Advances, помогает объяснить, как организм регулирует свой метаболизм.
Исследование показывает, что митохондрии регулируют эффективность электрон-транспортной цепи (ЭТЦ), изменяя ассоциации между её компонентными макромолекулярными структурами. Учёные обнаружили, что ключевую роль в этой метаболической регуляции играет белок SCAF1, открытый той же командой в 2016 году. Он оптимизирует энергетическую эффективность митохондрий в ответ на высокий спрос на энергию.
Митохондрии, в которых находится ЭТЦ, генерируют большую часть клеточной энергии и адаптируют свою функцию под метаболические нужды организма. ЭТЦ состоит из четырёх крупных мультибелковых комплексов: CI, CII, CIII и CIV. Эти комплексы могут менять свою структурную организацию для выполнения разных функций и адаптации к локальным условиям.
В 2016 году команда CNIC обнаружила, что белок SCAF1 формирует «мост» между комплексами CIII и CIV, действуя как молекулярный переключатель, регулирующий сборку этих комплексов в суперструктуры внутри ЭТЦ.
Новое исследование доказывает, что SCAF1-опосредованное формирование специфических суперструктур ЭТЦ влияет не только на эффективность производства энергии митохондриями, но и на способность организма реагировать на физиологический стресс.
Используя мышиные модели и культивированные клетки, лишённые гена, кодирующего SCAF1, учёные показали, что в отсутствие этого белка комплексы ЭТЦ принимают субоптимальную конфигурацию, которая снижает эффективность производства энергии.
Исследование также показывает, что отсутствие SCAF1 снижает способность мышей к интенсивной физической активности: их физическая производительность на 30% ниже, чем у немодифицированных мышей.
Учёные пришли к выводу, что физическое взаимодействие между CIII и CIV, опосредованное SCAF1, необходимо для оптимального производства энергии митохондриями. SCAF1 является регуляторным фактором, позволяющим митохондриям адаптироваться к доступным источникам питательных веществ (сахарам, жирам или белкам). Эта способность к метаболической адаптации также объясняет возможность митохондрий адаптироваться к стрессовым ситуациям, например, во время интенсивных физических упражнений.