Обнаружены в растениях защитные механизмы митохондрий, известные у животных

Митохондрии — это клеточные органеллы, играющие ключевую роль в поддержании здоровья клетки (гомеостаза). Один из способов — выработка энергии посредством окислительного фосфорилирования, при котором различные ферменты в митохондриях высвобождают энергию для производства молекулы АТФ — "энергетической валюты" клетки.

Большинство митохондриальных белков кодируется ДНК в ядре клетки. Однако митохондрии также содержат небольшое количество собственной ДНК, кодирующей некоторые из их белков. Из-за этого двойного происхождения митохондрии подвержены протеотоксическому стрессу — факторам, повреждающим производство, сворачивание и 3D-структуру митохондриальных белков.

Митохондрии поддерживают здоровье своих белков (протеостаз) через сложную сеть контроля качества, включающую белки-шапероны и протеазы. Один из примеров — митохондриальный ответ на развернутые белки (UPRmt). Это последовательность восстановительных событий, запускаемая, когда митохондриальный белок разворачивается или неправильно сворачивается, а шапероны не могут с этим справиться.

UPRmt координирует ряд митохондриальных и ядерных событий для обеспечения протеостаза и, как известно, играет ключевую роль в метаболизме и старении клеток млекопитающих. Однако было неизвестно, существует ли он также у растений.

Исследователи из EPFL под руководством Йохана Оверкса и постдока Сюй Вана впервые показали, что UPRmt происходит и у растений в ответ на протеотоксический стресс. Учёные изучали небольшое растение Arabidopsis thaliana — модельный организм для генетики, эволюции и развития растений.

Используя антибиотик доксициклин, который блокирует трансляцию генов в митохондриях, исследователи индуцировали протеотоксический стресс. Это активировало специфичный для растений UPRmt, замедлило рост клеток и их биологическое старение (сенесценцию). Это согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что UPRmt увеличивает продолжительность жизни червей (C. elegans) и мух (Drosophila melanogaster).

В поисках биологических сигналов, лежащих в основе мито-ядерной коммуникации при UPRmt, учёные обнаружили системный гормональный ответ в растительной клетке. Фитохормоны активируют сигнал от ядра к митохондрии для устранения стресса.

"Мы обнаружили, что сигнализация растительных гормонов является важным медиатором, регулирующим митохондриальный протеостаз у растений", — говорит Йохан Оверкс. — "Наши данные не только подчёркивают универсальную природу ключевых особенностей путей мито-ядерной стрессовой сигнализации, таких как консервативный UPRmt, но и указывают на специфичные эффекторы и транскрипционные цепи, которые различаются у растений и животных".