Учёные обнаружили неожиданную роль натрия в генерации митохондриальной энергии

Группа GENOXPHOS (Функциональная генетика системы окислительного фосфорилирования) из Национального центра кардиоваскулярных исследований (CNIC) открыла ключевую роль натрия в производстве клеточной энергии.

Исследование, опубликованное в Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, показывает, что дыхательный комплекс I — первый фермент митохондриальной дыхательной цепи — обладает ранее неизвестной активностью по транспорту натрия, которая критически важна для эффективного производства клеточной энергии.

Это открытие даёт молекулярное объяснение происхождения нейродегенеративного заболевания — наследственной оптической нейропатии Лебера (LHON). Исследование демонстрирует, что это заболевание, связанное с дефектами митохондриальной ДНК, вызвано специфическим нарушением транспорта натрия и протонов комплексом I.

Согласно хемиосмотической гипотезе, синтез АТФ в митохондриях (основного источника клеточной энергии) обеспечивается электрохимическим градиентом протонов через внутреннюю мембрану. Новые результаты показывают, что в этом процессе также участвует транспорт ионов натрия, что ранее не рассматривалось.

Используя набор мутантов и различные генетические модели, исследователи доказали, что митохондриальный комплекс I обменивает ионы натрия на протоны, создавая градиент ионов натрия, параллельный протонному градиенту. Этот натриевый градиент составляет до половины митохондриального мембранного потенциала и необходим для производства АТФ.

Ключевые выводы:

• Активность натрий-протонного транспорта терялась при устранении комплекса I у мышей, но сохранялась при устранении комплекса III или IV.
• Две функции комплекса I (гидрогеназная активность и натрий-протонный транспорт) независимы друг от друга, но обе необходимы для функции клетки.
• Митохондрии имеют резервуар ионов натрия, необходимый для их работы и устойчивости к клеточному стрессу.

Терапевтические перспективы:

• Существующие препараты, успешно воспроизводящие транспорт натрия в изолированных митохондриях, имеют токсичные побочные эффекты на транспорт натрия в клеточной мембране.
• Задача — разработать лекарства, действующие специфично в митохондриях, не затрагивая другие части клетки.

Учёные полагают, что дефекты натрий-протонного транспорта могут играть роль и в других, более частых нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, где также выявлено вовлечение комплекса I.