Клетки в стрессе? Увеличьте длину митохондрий
Ученые из Исследовательского института Скриппса (TSRI) обнаружили новый клеточный путь, который улучшает функцию митохондрий во время стресса. Эта реакция может защищать от болезней по мере старения.
В ответ на стресс клетки активируют защитные пути, которые полностью останавливают производство белков, вместо того чтобы производить дефектные. Исследователи показали, что вместе с этой остановкой происходит необычное изменение формы органелл, называемых митохондриями, которые отвечают за выработку клеточной энергии. Вместо формы крошечных бобов митохондрии начинают вытягиваться, как лапша.
"Всего несколько часов остановки производства белков, по-видимому, достаточно для ремоделирования митохондрий, и они могут оставаться в таком состоянии часами", — говорит Люк Вайзман, PhD, старший автор нового исследования, опубликованного в журнале Cell Reports. — "Это, по-видимому, защитный механизм для поддержания функции митохондрий на ранних стадиях стресса".
Исследование дает детальный взгляд на путь клеточного ответа на стресс, называемый Реакцией на развернутые белки (UPR). UPR имеет несколько "ветвей", регулирующих разные клеточные функции. Лаборатория Вайзмана изучает, как стресс в компартменте клеток, называемом эндоплазматическим ретикулумом (ЭР), влияет на форму и функцию митохондрий.
Ключевой игрок в этом ответе — сенсор/инициатор UPR под названием PERK. Вайзман описывет ветвь PERK как тонко настроенный сигнальный путь. Без достаточной сигнализации PERK митохондрии могут выйти из-под контроля во время стресса и серьезно нарушить клеточную функцию. Но если этот путь гиперактивирован, клетка самоуничтожается.
Однако с возрастом системе становится сложно поддерживать этот баланс. "Когда вы становитесь старше, небольшие проблемы могут превращаться в большие, потому что путь PERK хуже реагирует", — говорит Вайзман.
Новое исследование показывает, что остановка производства белков через активацию PERK также влияет на форму митохондрий, увеличивая их длину. Изменения формы митохондрий, как известно, влияют на их функцию, что указывает на механизм адаптации функции митохондрий во время стресса ЭР.
Исследователи измерили выработку энергии, чтобы оценить функцию митохондрий после стресса ЭР. Они обнаружили, что остановка производства белков и ремоделирование митохондрий действительно имеют значение. "Мы смогли показать защитный эффект, при котором выработка энергии митохондриями сохранялась благодаря увеличению их длины", — говорит Жюстин Лебо, PhD, соавтор исследования.
Ученые полагают, что вся эта система эволюционировала, чтобы дать клеткам способ очень быстро реагировать на стресс, когда у них нет времени на производство защитных белков.
"Блокировка синтеза белков — и поддержание уровня клеточной энергии за счет регуляции формы митохондрий — по-видимому, эффективный способ борьбы со стрессом в короткие сроки", — говорит Апараджита Мадхаван, соавтор исследования.
Вайзман считает, что дефекты чувствительности/активации PERK, вызванные старением или мутациями, могут препятствовать этой защитной регуляции митохондрий. Он отмечает, что дефекты сигналинга PERK связаны со многими заболеваниями, которые также включают митохондриальную дисфункцию, такие как диабет, болезни сердца и нейродегенеративные расстройства, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона. Он надеется, что новая работа может указать способ воздействия на этот аспект сигналинга PERK для коррекции дефектов митохондрий, вызывающих болезни.