Разгадан механизм регуляции кальция в митохондриях

Исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета раскрыли механизм, регулирующий поток ионов кальция в митохондриях — "энергостанциях" клетки. Открытие объясняет, как поддерживается баланс кальция при разных физиологических условиях, что важно для предотвращения нейродегенеративных, метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний.

Ключевая роль кальция и MCU

Кальций — важный сигнальный мессенджер, регулирующий клеточные процессы. При повышении его уровня в цитоплазме митохондрии быстро поглощают ионы через белковый комплекс митохондриальный кальциевый унипортер (MCU). Этот ионный канал критически важен: правильный уровень кальция необходим для выработки клеточной энергии, но его перегрузка ведет к гибели клетки.

Открытие механизма "двойного контроля"

• Роль матрикса: Доктор Хория Вайс обнаружил, что концентрация кальция внутри митохондриального матрикса сильно влияет на активность MCU. Это предотвращает перегрузку кальцием.
• Ключевой белок EMRE: Ученые установили, что мембранный белок EMRE, ассоциированный с MCU, имеет участок в матриксе с кислыми аминокислотами, похожими на кальций-чувствительные области других ионных каналов. Нейтрализация этих участков полностью отменяла регуляцию кальцием и приводила к перегрузке митохондрий.
• Согласованная работа "привратников": Оказалось, что регуляция MCU кальцием матрикса через EMRE требует для правильной работы белков MICU1 и MICU2, а также кальция с другой стороны внутренней мембраны (в межмембранном пространстве). Таким образом, EMRE согласует работу кальциевых сенсоров по обе стороны мембраны.

Значение открытия

Как пояснил руководитель исследования Кевин Фоскетт: "Мы теперь знаем, что этим важным ионным каналом управляют два привратника, контролируемые EMRE". Соавтор работы Картик Маллианкараман добавил, что исследование раскрывает тайну защитного механизма: митохондрии защищены от перегрузки кальцием компонентами по обе стороны внутренней мембраны — белками MICU с одной стороны и кальцием матрикса с другой, — связанными через EMRE.

Понимание этих молекулярных механизмов может стать основой для разработки терапии при диабете, инсульте, раке и возрастных неврологических заболеваниях, связанных с дисфункцией митохондрий. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.