Необычный механизм производства белков в митохондриях трипаносом

Митохондрии, энергетические станции клетки, имеют собственные белковые фабрики, хотя клеточный аппарат мог бы легко делать эту работу за них. У особого вида эукариот даже вся транспортная РНК (tRNA), необходимая для сборки белков, оперативно доставляется внутрь. Исследователи из Университета Берна выяснили, как работает этот крайне необычный механизм импорта в деталях.

Трипаносомы, одноклеточные организмы, представляют особый интерес по двум причинам. Во-первых, они вызывают различные заболевания, включая смертельную сонную болезнь человека, для которой до сих пор нет хорошего лечения. Но, возможно, ещё интереснее уникальные биохимические особенности трипаносом. Понимание отклонений в базовых механизмах у этих организмов может дать ценную информацию о характеристиках наших собственных клеток.

Загадочные усилия для белковой машинерии

Одной из таких загадок, особенно интригующей для исследовательской группы Андре Шнайдера с кафедры химии и биохимии Университета Берна, являются митохондрии. Считается, что эти органеллы были независимыми формами жизни на ранних этапах эволюции и впоследствии были «захвачены» другими клетками. Поэтому они до сих пор обладают собственным генетическим материалом и связанной с ним машинерией для производства белков.

В человеческих клетках митохондриальный геном содержит всего 13 генов, кодирующих белки, тогда как около 1500 других белков производятся обычным клеточным аппаратом и импортируются в митохондрии позже. Зачем все эти усилия по поддержанию белковой машинерии, если они так же хорошо могли бы получать все белки из внешнего источника?

Это ещё страннее в случае трипаносом. Согласно научному консенсусу, этот импортный бизнес работает только для белков — tRNA, необходимые для производства митохондриальных белков, должны производиться самими митохондриями. Но, как ни странно, митохондриям трипаносом не хватает всех генов для этой задачи — очевидно, фабрику также необходимо снабжать этими компонентами.

Опровергнутая гипотеза

Исследователи из Берна и их коллеги из университетов Фрайбурга и Бремена решили выяснить, как эти tRNA попадают в митохондрии. «По учебнику, можно ожидать, что на молекулярном уровне все процессы в митохондриях очень похожи у всех видов эукариот — но в этом случае есть разительные отличия», — говорит Андре Шнайдер.

Недавно группе удалось показать, что белковые импортные каналы в мембранах митохондрий используются и для импорта tRNA. Ранее это предполагалось, но с гипотезой, что tRNA была своего рода «безбилетником», контрабандой проникающим в митохондрии в комплексе с белком. С помощью нескольких экспериментов этот теоретизированный механизм у трипаносом был теперь опровергнут: импорт tRNA не зависит от импортируемых белков. То, как именно импортный канал выполняет эту дополнительную задачу, станет предметом будущих исследований.

Потенциальное значение

Эти открытия могут привести к новым путям в фармакологических исследованиях. Большая проблема с терапевтическими средствами против сонной болезни заключается в том, что эти патогены-трипаносомы, как и мы, люди, также являются эукариотами. Это затрудняет поиск эффективных лекарств без серьёзных побочных эффектов. Если исследователи смогут найти способы заблокировать эту вновь обнаруженную функцию импорта, это может привести к новым мишеням для лекарств.

С другой стороны, Андре Шнайдер может представить себе своего рода «апгрейд» и для человеческих клеток: с помощью экспериментальных уловок, возможно, импорт tRNA можно будет включить в человеческих клетках. Это открыло бы новые терапевтические возможности для митохондриальных заболеваний с помощью генной терапии, которая часто использует РНК. Сегодня доставить эти терапевтические агенты в митохондрии невозможно.