Млекопитающим для митохондриального синтеза белка необходима точность, обеспечиваемая корректорской функцией треонил-тРНК-синтетазы

Исследование, опубликованное в PNAS, показало, что митохондриальный синтез белка у млекопитающих требует высокой точности на кодонах треонина (Thr), которая обеспечивается корректорской (редактирующей) функцией митохондриальной треонил-тРНК-синтетазы (mtThrRS).

Млекопитающие митохондрии имеют собственный геном (мтДНК), кодирующий 13 белков — важнейших субъединиц дыхательных комплексов. Аминоацил-тРНК-синтетазы (aaRS) обеспечивают точность трансляции, присоединяя к тРНК правильные аминокислоты. Около половины цитоплазматических aaRS имеют дополнительную корректорскую функцию для удаления ошибочно присоединённых аминокислот. Однако в ходе эволюции большинство митохондриальных aaRS утратили редактирующие домены. Лишь четыре из них, включая mtThrRS, сохранили их. Оставалось неясным, нуждается ли простой митохондриальный синтез (всего 3789 кодонов) в таком контроле качества.

В этом исследовании учёные обнаружили, что mtThrRS in vitro способна гидролизовать ошибочно образованный Ser-tRNA^Thr. Они создали линию клеток NIH3T3 с мутациями (H138A/H142A) в активном сайте редактирования mtThrRS и выявили значительное увеличение встраивания серина (Ser) вместо треонина (Thr) в белки, кодируемые мтДНК. Это доказало критическую зависимость клеток млекопитающих от корректорской функции mtThrRS in vivo.

Кроме того, мутантные клетки NIH3T3 демонстрировали нарушение митохондриального синтеза белка и окислительного фосфорилирования, что вызывало окислительный стресс и блокировку клеточного цикла в фазе G0/G1. Примечательно, что применение антиоксиданта N-ацетилцистеина, улавливающего активные формы кислорода (ROS), ослабляло аномалии пролиферации клеток.

Исследователи также создали мышиную модель с дефектом редактирования mtThrRS, специфичным для ткани сердца. У мутантных мышей наблюдались повышенный уровень ROS, блокировка пролиферации кардиомиоцитов, сократительная дисфункция, дилатационная кардиомиопатия и фиброз сердца.

Исследование прояснило, что правильное включение аминокислот, обеспечиваемое митохондриальными aaRS, необходимо для структуры и функции этого органелла.