Эволюция митохондрий

Митохондрии — это энергостанции клеток человека, обеспечивающие энергию для клеточного метаболизма. Исследователи из Фрайбургского университета изучили роль так называемой оксидазной сборной машинерии (OXA) в развитии внутренней мембраны митохондрий и энергоснабжении клеток. Команда учёных продемонстрировала, что этот белковый комплекс необходим для интеграции определённых белков во внутреннюю мембрану митохондрий — белков, играющих роль в клеточном дыхании и других процессах. Результаты опубликованы в журнале Cell Metabolism.

Происхождение и функция OXA

Митохондрии произошли от бактерии и имеют собственную ДНК, в которой закодирована структура нескольких белков. OXA-подобная машинерия уже существовала у бактериального предшественника митохондрий и сохранилась в ходе эволюции. Белки, произведённые по генетическому материалу митохондрий, интегрируются OXA во внутреннюю мембрану.

Однако генетическая информация для 99% белков митохондрий хранится в ядре клетки. Эти молекулы производятся в цитоплазме, после чего TOM (транслоказа внешней мембраны) и TIM (транслоказа внутренней мембраны) транспортируют их через мембраны в митохондрии. До сих пор было неясно, сколько из этих импортированных белков также интегрируются во внутреннюю мембрану с помощью OXA.

Методы исследования

Учёные систематически искали белки, интегрируемые OXA во внутреннюю мембрану после импорта через TOM и TIM. Они использовали метод количественной масс-спектрометрии для идентификации белков внутренней мембраны митохондрий, количество которых снижено в клетках без OXA. Проследив интеграцию радиоактивно меченых белков, они доказали, что OXA необходима для этого процесса.

Значение открытия

Импортированные OXA-зависимые белки выполняют важные функции: от клеточного дыхания, обмена ионов металлов и биохимических реакций до интеграции белков, обеспечивающих перенос метаболитов через внутреннюю мембрану.

Нарушение интеграции или функции этих дыхательных белков может вызывать нейромышечные заболевания митохондриальной природы или рак. Таким образом, эволюционно консервативная OXA-зависимая интеграция белков внутренней мембраны фундаментальна для формирования этой мембраны и энергоснабжения человеческих клеток.