Усиленная митохондриальная ёмкость защищает клетки при стрессе

Митохондрии обеспечивают неожиданную помощь клеткам в кризисной ситуации, окисляя вредные вещества. Исследование проведено Институтом биологии и биотехнологии растений (IBBP) Мюнстерского университета и Институтом растениеводства и сохранения ресурсов (INRES) Боннского университета и опубликовано в журнале Plant Cell.

Основная задача митохондрий — быть центрами метаболизма. Новым открытием стало то, что они также способны справляться с избытком восстановленных серосодержащих соединений — тиолов, которые в противном случае могли бы повредить другие части клетки. Для этого запускается специальная кризисная программа — сигнальный путь ANAC017.

Белок «альтернативная оксидаза» обеспечивает более высокую дыхательную ёмкость митохондрий у растений. Новым является открытие, что этот процесс может запускаться редуктивным стрессом и служить для защиты сворачивания белков в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) — системе экспорта белков в клетке.

Эндоплазматический ретикулум — это компартмент, где белки сворачиваются с помощью специфической окислительной системы. Редуктивный стресс, вызванный избытком низкомолекулярных тиолов, нарушает окислительное сворачивание белков.

Новым и неожиданным оказалось то, что митохондрии способны с высокой скоростью окислять тиолы в процессе дыхания. Это противоречит текущим представлениям. Для подтверждения наблюдений команда разработала новый метод динамического исследования энергообеспечения митохондрий.

То, что клеточное дыхание в митохондриях может окислять вещества, — одно из выдающихся открытий в биологических науках прошлого века. Известно, что митохондрии растений особенно гибки и имеют специальные механизмы для поддержки процессов в других органеллах. Данное исследование существенно расширяет понимание этой гибкости.

Идея о сотрудничестве ЭР и митохондрий во время редуктивного стресса недавно появилась в работах на дрожжах и животных клетках. Особенно удивительным стало наблюдение, что тиолы действительно могут с высокой скоростью окисляться митохондриями растений — либо напрямую, либо через своего рода «метаболический обход», который теперь предстоит изучить.

В результате митохондрии в клетке приобретают новую, неожиданную функцию «хранителей» сворачивания белков в ЭР. По словам исследователей, этот процесс регулируется клеткой в зависимости от её потребностей.

Контекст: Все жизненно важные рецепторные и сигнальные белки, которые секретируются или функционируют на поверхности клеток животных, грибов и растений (например, инсулин у человека), нуждаются в правильном формировании дисульфидных мостиков. Эти связи образуются в строго определённом месте клетки — эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), путём окисления атомов серы из тиольных групп аминокислоты цистеина.

Если диспропорции в формировании дисульфидных мостиков возникают из-за стресса или химических веществ, это проблематично для клетки. Неправильно свёрнутые белки могут нанести обширный ущерб или привести к гибели клетки. Клетка реагирует на это специальными кризисными программами. Новизна данного исследования заключается в открытии, что в условиях кризиса ЭР получает поддержку из другой области клетки — от митохондрий.