Как делятся митохондрии: открыт двухэтапный молекулярный механизм

Митохондрии производят 90% энергии для клеток и играют ключевую роль в передаче сигналов и устранении дефектных клеток. Дисбаланс между их делением (фиссией) и слиянием связан с серьёзными заболеваниями сердца, лёгких, мозга, а также с раком и диабетом.

Международная группа учёных под руководством Калифорнийского института наносистем (CNSI) в UCLA раскрыла механизм деления митохондрий в двух статьях в Journal of the American Chemical Society.

Ключевое открытие: двухэтапный процесс с одним белком

Исследователи установили, что деление происходит в две стадии, и на каждой используется один и тот же белок — динамин — но по-разному.

  1. Сборка и сужение: Белки динамина образуют спираль вокруг митохондрии, сжимая её эластичную мембрану и формируя узкую шейку.
  2. Разборка и "щелчок": После этого спираль разбирается на свободные белки динамина. Они переворачиваются и своей формой дополнительно изгибают мембрану внутрь. При достижении порогового значения мембрана резко "переламывается" — происходит неустойчивость типа "щелчка" (snap-through instability), завершающая деление.

"Самое важное, что мы обнаружили, — это то, что для деления важна не только сборка, но и последующая разборка, которая высвобождает скрытую силу белка динамина", — говорит Элизабет Луо, первый автор одной из работ.

Клетке не нужен новый белок для финального шага — после выполнения первой роли динамин "перезаряжается" гидролизом.

Связь с болезнями и перспективы

Учёные напрямую связали дефекты деления с болезнями, изучив конкретную мутацию в гене динамина, которая вызывает проблемы в развитии мозга. Эта мутация нарушает процесс деления митохондрий.

Понимание основного белкового механизма регулирования деления открывает путь к новым персонализированным методам лечения целого ряда заболеваний:

  • Сердечно-сосудистые болезни
  • Рак
  • Диабет
  • Болезни Паркинсона и Альцгеймера
  • БАС (боковой амиотрофический склероз)
  • Пороки развития

Широкие последствия для клеточной биологии

Открытый механизм может быть универсальным. Аналогичный процесс изменения мембраны с участием динамина лежит в основе эндоцитоза — фундаментального процесса поглощения клеткой веществ извне, важного для межклеточной коммуникации и доставки лекарств.

"Природа, в некотором смысле, довольно экономна. Одни и те же концептуальные темы возникают снова и снова", — отмечает профессор Джерард Вонг, автор исследований.