Исследование долгоживущих митохондриальных белков

Учёные Northwestern Medicine обнаружили, что подмножество белков в митохондриях клеток мозга и сердца являются долгоживущими, что обеспечивает долгосрочную стабильность архитектуры митохондриальных комплексов.

Исследование, опубликованное в Journal of Cell Biology, возглавил Джеффри Савас, Ph.D.

Предыдущая работа под руководством Саваса, опубликованная в Science, показала, что белки ядерных поровых комплексов в постмитотических нейронах исключительно долгоживущи и сохраняются в мозге мышей и крыс месяцами. Эти белки, названные долгоживущими белками (LLPs), обеспечивают долгосрочную стабильность и структуру ядерной поры и, как следствие, ядерной оболочки нейронов. Однако эта концепция ранее не рассматривалась для других внутриклеточных органелл.

Например, считалось, что правильное функционирование митохондрий — органелл, ответственных за выработку энергии в клетке — зависит от обновления белков. Однако в текущем исследовании учёные использовали изотопное мечение и масс-спектрометрию и обнаружили, что подмножество митохондриальных белков является долгоживущим в тканях, обогащённых постмитотическими клетками, включая клетки мозга и сердца. Эти белки концентрируются в субкомпартменте митохондрий, называемом кристами — высокоструктурированных складках внутренней мембраны митохондрий, необходимых для клеточного дыхания и гомеостаза.

«Всякий раз, когда вы читаете о митохондриях, их всегда изображают как очень динамичные органеллы, которые постоянно ремоделируются и обновляются», — сказала Эва Бомба-Варчак, Ph.D., первый автор исследования.

«Обнаружение долгоживущих белков в митохондриях важно и довольно неожиданно, поскольку противоречит центральной идее о митохондриях как динамичных органеллах, которые постоянно обновляются и заменяются», — добавил Савас.

Для дальнейшего подтверждения своих выводов исследователи использовали технику сшивания (cross-linking) для изучения белок-белковых взаимодействий в митохондриях, выделенных из сердец и мозга мышей. С помощью масс-спектрометрии они обнаружили, что сшивание происходило либо между двумя старыми долгоживущими белками, либо между двумя вновь синтезированными белками, но эти старые и новые белки не обменивались.

По словам Саваса, их находки могут означать, что как только кристы сформированы в высоко метаболически активной митохондрии, долгоживущие белки могут «слипаться» вместе, чтобы обеспечить высокий уровень производства энергии.

Сейчас учёные изучают, как стабильность этих крист влияет на долгосрочное существование митохондрий, где в клетках находятся эти митохондрии, содержащие старые долгоживущие белки, и как эти открытия могут быть использованы для улучшения понимания здоровья и болезней человека.