Искусство складывания мембран митохондрий

Лаборатория Оливера Даумке выяснила, как внутренние мембраны митохондрий образуют сложные складки, необходимые для выполнения ключевых клеточных функций.

Около двух миллиардов лет назад предшественник эукариотической клетки захватил бактерию, которая осталась в ней на постоянной основе в виде органелл — митохондрий. Они имеют собственный геном и критически важны для жизни клетки. Дефекты их структуры наблюдаются при раке, неврологических и других заболеваниях.

Группа Оливера Даумке из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (MDC) раскрыла роль белка в формировании сложных складок внутренней мембраны митохондрий. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Мембраны митохондрий имеют два слоя: гладкую внешнюю и складчатую внутреннюю. Длинные складки внутренней мембраны, направленные внутрь, называются кристами. В них находятся белки, участвующие в метаболизме и производстве энергии. Нарушение структуры крист ведёт к дисфункции митохондрий.

Строительство каркаса

В местах соединения крист с внешней мембраной (cristae junctions, CJs) расположены молекулярные машины MICOS, состоящие как минимум из семи белков. Они играют ключевую роль в придании мембранам правильной формы.

Были свидетельства, что два белка MICOS, Mic10 и Mic60, особенно важны для формирования крист. Удаление любого из них вызывает глубокие изменения в архитектуре мембран. Исследования показали, что Mic10 образует изогнутый каркас, который изгибает мембраны. Однако функции Mic60 оставались неясными.

Резкие, но стабильные изгибы

Мануэль Хессенбергер провёл эксперименты in vitro, добавляя белок Mic60 к липидам — строительным блокам мембран. Это привело к формированию длинных трубчатых структур, похожих на кристы. «Прямо связываясь и изменяя мембраны, Mic60 играет центральную роль в формировании соединений крист и придании им формы», — говорит Мануэль Хессенбергер.

Учёные обнаружили точный участок в Mic60, который связывается с мембранами. Когда Mic60 не интегрирован в комплекс MICOS, этот участок скрыт. Это меняется, когда другой компонент MICOS, Mic19, связывается с Mic60.

«Эта комбинация закрепляет белковые комплексы в точках контакта между кристами и внешней митохондриальной мембраной», — объясняет Даумке. «Оказавшись там, они могут изменять форму внутренней мембраны, позволяя ей делать резкие изгибы в кристах, и удерживают всю структуру вместе».

Mic60 встраивается в мембраны таким образом, что стабилизирует их кривизну, подобно резиновой ленте, контролирующей расстояние между соседними "пальцами"-кристами.

Прорыв в исследовании стал возможен благодаря воссозданию частей комплекса MICOS in vitro и изучению взаимодействия белков с мембранами. Эта работа впервые определяет роли Mic60 и Mic19 в архитектуре митохондрий, связывая структуру белков с их активностью, и объясняет, как специфические мутации в этих молекулах могут нарушать форму древней органеллы.