Нано-переключатели в клетке

Митохондрии, известные как клеточные "электростанции", выполняют множество жизненно важных функций. В процессе клеточного дыхания в них могут образовываться активные формы кислорода (АФК). В избытке их высокая реакционная способность приводит к необратимому повреждению важных клеточных компонентов — это так называемый окислительный стресс, который считается причинным фактором многих заболеваний и процессов старения. Однако в низких концентрациях АФК могут действовать как важные вторичные посредники в клетке, обратимо модифицируя специфические редокс-активные тиольные группы (SH) в определённых белках. Этот тип окислительной модификации, подобно нано-переключателю, может регулировать функцию белка.

Немецко-польская исследовательская группа под руководством проф. Беттины Варшайд (Университет Фрайбурга) и проф. Агнешки Чачинской (Центр новых технологий, Варшава) обнаружила новый механизм, позволяющий митохондриям с нарушенным редокс-балансом регулировать синтез новых белков в цитоплазме. Митохондрии используют АФК в качестве сигнала, чтобы замедлить работу клеточного аппарата синтеза белка. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

С помощью количественной масс-спектрометрии д-р Ида Суппанц из группы Варшайд определила редокс-состояние тиолов в тысячах белков пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Она обнаружила ранее неизвестные редокс-активные тиолы в компонентах рибосом, на которых синтезируются новые белки.

Д-р Ульрике Топф из группы Чачинской наблюдала, что повышенный уровень АФК ингибирует синтез белка. Используя биохимические и клеточно-биологические методы, она показала, что повреждённые митохондрии могут сигнализировать о своём метаболическом состоянии аппарату синтеза белка через АФК и тем самым замедлять клеточный синтез белков. Предполагается, что временное снижение скорости синтеза белка при окислительном стрессе положительно влияет на выживаемость клеток, помогая восстановить клеточный гомеостаз. Это также предотвращает синтез белков, которые не могут быть поглощены повреждёнными митохондриями и, как следствие, накапливаются в цитоплазме, требуя деградации. Как клетка реагирует на такое накопление белков, исследователи групп Варшайд и Чачинской объяснили в 2015 году в журнале Nature.

Кроме того, учёные смогли показать, что этот вновь обнаруженный регуляторный механизм существует не только в дрожжах, но и в клетках человека. Знания о том, как дисфункциональные митохондрии взаимодействуют с другими клеточными компонентами, могут помочь в будущем выяснить механизмы возрастных и нейродегенеративных заболеваний.