Контроль защитного механизма митохондрий идентифицирован

Митохондрии необходимы для нормального функционирования почти всех клеток, так как являются основными местами производства несущей энергию молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Кроме того, митохондрии — ключевые места биосинтеза различных белков, липидов, нуклеотидов и сигнальных молекул. Согласно "теории эндосимбиоза", митохондрии произошли от бактерий, которые были включены в клетки на ранних этапах биологической эволюции.

Фермент меняет направление работы и становится ионным насосом

В определенных патофизиологических условиях мембранный потенциал митохондрий (около -150 мВ) может оказаться под серьезной угрозой, что может привести к гибели клетки. Поэтому митохондрии оснащены защитными механизмами. Один из них — реверсия режима работы фермента АТФ-синтазы, ответственного за последний этап производства АТФ в митохондриальной мембране. Вместо синтеза АТФ фермент начинает его потреблять. Как крошечный мотор, он использует доступную энергию для выкачивания ионов из митохондрии, поддерживая мембранный потенциал.

До сих пор о контроле реверсии АТФ-синтазы было мало известно. Исследование, недавно опубликованное в Science Signaling группой Хельмута Кубисты (первый автор: Матей Хотка), проливает на этот вопрос новый свет. Авторы показывают, что ключевым регулятором АТФ-синтазы является приток ионов кальция в нейроны через так называемые L-тип кальциевых каналов.

• При нормальной активности нейронов приток кальция через L-тип каналов стимулирует производство АТФ.
• При превышении физиологического уровня активности L-тип каналы пропускают больше кальция внутрь клетки, после чего АТФ-синтаза переключается в обратный режим работы.

Такая жизненно важная физиологическая роль L-тип кальциевых каналов в контроле митохондриальной АТФ-синтазы ранее была полностью неизвестна.

"Мы больше знали об этом типе кальциевых каналов в контексте других клеточных функций, таких как сокращение скелетных мышц, регуляция и выполнение сердцебиения, высвобождение инсулина в клетках поджелудочной железы и сенсорные функции, такие как зрение и слух", — объясняет Хельмут Кубиста.

Сбои в работе связаны с неврологическими заболеваниями

В последние годы появились многочисленные указания на связь нарушений работы L-тип кальциевых каналов с неврологическими расстройствами, такими как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

"Действительно, эксперты в этой области рассматривали фармакологический контроль L-тип кальциевых каналов в мозге как вариант лечения этих заболеваний", — объясняет Кубиста. — "Однако наши выводы, касающиеся митохондриального защитного эффекта L-тип кальциевых каналов, имеют серьезные последствия в свете фактических терапевтических подходов".